روش تبادل یونی – تعویض یونی – رزینی | شرکت شاران صنعت

روش تبادل یونی یک واحد فرایندی است که در آن یون‌های معینی در مواد تبادلی غیر محلول با یون‌های گوناگون موجود در محلول جایگزین می‌شود. متداول‌ترین کاربرد این فرایند در نرم‌سازی آّب شهری است که در آن یون‌های سدیمی رزین تبادل کاتیونی جایگزین کلسیم و منیزیم در آب تصفیه شده گردیده و سختی آب را کاهش می‌دهد. تبادل یونی در عملیات تصفیه فاضلاب جهت حذف نیتروژن، فلزات سنگین و کل جامدات محلول استفاده شده است.

فرایندهای تبادل یونی به صورت پیوسته و یا ناپیوسته قابل راهبری هستند. در حالت نا پیوسته، رزین در یک راکتور با آب تصفیه شونده تماس داده می‌شود تا واکنش کامل شود. در یک فرایند پیوسته، مواد تبادلی در یک بستر یا ستون آکنده جایگذاری شده و آب تصفیه شونده از میان آن عبور می‌کند. مبدل های یونی پیوسته معمولا از نوع ستونی بستر آکنده جریان رو به پایین هستند. فاضلاب تحت فشار از بالای ستون وارد شده و به طرف پایین از میان بستر رزین عبور و از کف خارج می‌شود. پس از اشباع ظرفیت رزین، ستون به منظور حذف جامدات به دام افتاده شست و شوی معکوس شده و سپس احیا می‌شود.

کاربردهای روش تبادل یونی

این سیستم‌ها به صورت گسترده در صنایعی مانند صنایع غذایی و نوشیدنی، آب فلزکاری، شیمیایی و پتروشیمیایی، دارویی، قند و شیرینی، هسته‌ای، نیمه رساناها، تصفیه آب‌های زیرمینی، تصفیه فاضلاب (برای حذف نیتروژن، فلزات سنگین و کل جامدات محلول) ، تولید آب شرب و گروه‌های دیگری از صنایع استفاده می‌شود. یکی از کاربردهای رایج این رزین‌ها، تولید آب بسیار خالص برای صنایع الکترونیکی و  هسته‌ای می‌باشد.

رزین تبادل‌کننده یون مورد استفاده در فرایند تبادل یونی

رزین‌های تبادل یونی، پلیمرهای غیر محلول در آب هستند که می‌توانند یون‌های خود را با یون‌های محلول در آب تبادل کنند. این رزین‌ها می‌توانند به صورت‌های کاتیونی، آنیونی یا ترکیبی باشند. خصوصیات مهم رزین‌های تبادل یونی شامل ظرفیت تبادلی، اندازه ذزات و پایداری هستند.

رزین‌های کاتیونی

رزین‌های کاتیونی یون مثبت موجود در آب را حذف می‌کنند که به دو گروه زیر تقسیم می‌شوند:

• رزین‌های کاتیونی قوی  (SAC) Strong Acid Cation

رزین‌های اسیدی قوی مشابه یک اسید قوی رفتار می‌کنند و در هر دو شکل اسیدی (R-SO₃H) و نمکی (R-SO₃Na) به شدت در محدود کامل pH یونیزه می‌شوند.

• رزین‌های کاتیونی ضعیف (WAC) Weak Acid Cation

مبدل‌های کاتیونی اسیدی ضعیف یک گروه عامل اسیدی ضعیف ( -COOH)، معمولا گروه کربوکسیلیک دارند. این رزین‌ها مشابه اسیدهای آلی ضعیف رفتار می‌کنند که به شکل ضعیفی تجزیه می‌شوند.

از آنجایی که یکی از اهداف اصلی از تصفیه آب، نرم کردن و یا حذف مواد معدنی آن می‌باشد، از رزین‌های SAC برای نرم کردن آب جهت مصارف مسکونی، تجاری و صنعتی استفاده می‌شود. به این طریق که این رزین‌ها، Ca²⁺ وMg²⁺   موجود در آب را جذب کرده وNa⁺   را آزاد می‌کنند. که با حذف این یون‌ها سختی آب کاهش یافته و میزان سدیم آن افزایش پیدا می‌کند.

رزین‌های WAC عمدتا برای از بین بردن قلیاییت و یا کاربردهای خاص استفاده می‌شوند. از آنجایی که این رزین‌ها سختی و قلیاییت را با یون هیدروژن جابه‌جا می‌کنند، باعث ایجاد خاصیت اسیدی در آب می‌شوند.

رزین‌های آنیونی

رزین‌های آنیونی یون‌های موجود در آب که بار منفی دارند را حذف می‌کنند و به دو گروه زیر تقسیم می‌شوند:

• رزین‌های آنیونی قوی Strong Base Anion (SBA)

رزین‌های آنیونی بازی قوی به شدت یونیزه شده و دارای گروه‌های عامل بازی قوی نظیر OH بوده و در محدود کامل pH قابل کاربرد هستند. این رزین‌ها از نوع هیدروکسیدی برای یون‌زدایی آب استفاده می‌شوند.

• رزین‌های آنیونی ضعیف Weak Base Anion  (WBA)

رزین‌های بازی ضضعیف دارای گروه‌های عامل بازی ضعیف هستند که در آن میزان یویزاسیون به میزان pH بستگی دارد.

رزین‌های  WBA،  سیلسکا و CO₂ را حذف نمیکنند.

   رزین‎های آنیونی می‎توانند آلودگی‎های زیر را حذف کنند:

NO₃–, ClO₄–,TOC, Uranium, Arsenic…

رزین‌های ترکیبی

این رزین‌ها همزمان هم کاتیون و هم آنیون را با آب تبادل می‌کنند. اگر نیاز باشد که تمام یون‌های آب حذف شوند، آن را از رزین‌های که دارای H⁺ هستند عبور می‌دهند. در این صورت یون هیدروژن جایگزین تمام یون‌های مثبت آب می‌شود و از طرفی آب را از رزینی که OH^– دارد می‌گذرانند که یون هیدروکسیل نیز جایگزین تمام آنیون‌های موجود در آب می‌شود. سپس یون‌هایH⁺ وoh^–  با هم واکنش داده و آب بیشتری تولید می‌شود.