یکی از راه‌های که برای تصفیه آب‌ها در صنایع و مراکز مختلف به کار برده می‌شود، استفاده از Ion Exchange Resin یا رزین‌های تبادل یونی است

رزین تبادل یونی در تصفیه آب

یکی از راه‌های که برای تصفیه آب‌ها در صنایع و مراکز مختلف به کار برده می‌شود، استفاده از Ion Exchange Resin یا رزین‌های تبادل یونی است. این رزین‌ها که شامل رزین‌های کاتیونی و آنیونی هستند در از بین بردن سختی آب، تصفیه آب، یون زدایی و تولید آب فوق خالص کاربرد دارند.

رزین‌های تبادل یونی ذرات کوچک جامدی هستند که با انجام یک تغییر شیمیایی در ساختار آب می‌توانند یون‌های مثبت و منفی نامطلوب محلول در آب را از بین ببرند.

 

تاریخچه تولید رزین ها

استفاده از این روش در تصفیه آب قدمتی دیرینه دارد. نخستین بار رزین‌های تبادل یونی در سال ۱۸۵۰ کشف شد ولی بیست سال بعد در تصفیه آب مورد استفاده قرار نمی‌گرفت.

در سال ۱۸۷۰ بود که آزمایشات ثابت کرد بعضی از کانی‌ها و رزین ‌های معدنی توانایی انجام تبادل یون را دارند و می‌توانند مواد موجود در آب که موجب سختی آب می‌شوند را حذف کنند. به این ترتیب رزین‌ها از سال ۱۸۷۰ به صورت گسترده در سیستم‌های تصفیه آب مورد استفاده قرار گرفت. اما به دلیل بی اثر بودن بر روی کاتیون‌ها باز هم نیازمند تغییرات بودند.

سرانجام در سال ۱۹۴۴ رزین‌های تبادل یونی امروزی تولید شد که شامل رزین‌های کاتیونی و آنیونی به صورت همزمان بود. با به وجود آمدن رزین‌های تبادل یونی پیشرفت بزرگی در صنعت تصفیه آب رخ داد.

برای آشنایی بیشتر با این ذرات جامد، عملکرد، ویژگی‌ها و مزایایی آن‌ها با ما همراه باشید.

آشنایی بیشتر با رزین‌های تبادل یونی

از رزین‌های تبادل یونی برای کاهش و یا حذف کامل املاح محلول در آب مانند: کلسیم، منیزیم، آهن، منگنز، نیترات، سولفات، کلر، فلوراید استفاده می‌شود. بعضی از این املاح ساختار آنیونی و بعضی دیگر ساختار کاتیونی دارند.

آنیون‌ها و کاتیون‌های رزین با املاح بالا وارد یک واکنش شیمیایی شده ودر نهایت باعث از بین رفتن جامدات محلول در آب (TSD) و تولید آب خالص بدون یون و مواد شیمیایی مضر خواهند شد.

رزین‌های تبادل یونی، ذرات ژله‌ی مانند بسیار کوچک با قطرهای حدوداً ۰.۶ میلیمتر هستند. که ساختار این ذرات مشک و دارای سوراخ‌های بسیار ریزی است و مقداری آب داخل ساختارش وجود دارد.

رزین ها تعداد ثابتی یون دارند که این یون‌ها متحرک و غیرقابل تبادل هستند. از طرفی به همان تعداد یون‌ با بار الکتریکی مخالف در اطراف آنها وجود دارد تا در نهایت بار الکتریکی این رزین‌ها خنثی باشد.

این یون‌های مخالف شناور و قابل تبادل هستند و می‌توانند آزادانه به داخل ساختار رزین وارد شده و یا از آن خارج شوند.

اگر یون مثبت یا منفی (کاتیون و یا آنیونی) از خارج به درون دانه رزین وارد شود، برای حفظ بار الکتریکی، دانه رزین باید یک یون با همان بار الکتریکی را از دست بدهد. به این فرایند تبادل یون می‌گویند.

وقتی ذرات رزین داخل آب قرار می‌گیرند آنیون‌ها و کاتیون‌های آن با آنیون‌ها و کاتیون‌های آب وارد تبادل یون می‌شوند و به این مواد محلول مضر در آب از بین می‌برند. همچنین موجب کاهش سختی آب خواهند شد.

انواع رزین ها

رزین‌ها به سه دسته کلی رزین‌ کاتیونی، رزین آنیونی و رزین میکسبد تقسیم می‌شوند:

  • رزین کاتیونی: این رزین‌ها برای حذف کاتیون‌های محلول در آب مانند کلسیم، منیزیم، پتاسیم، آهن و … استفاده می‌شوند. رزین‌های کاتیونی خود به دونوع زیر تقسیم می‌شوند:
  • رزین کاتیونی سیکل هیدروژنی: در این نوع رزین کاتیون، هیدروژن H+ یون شیمیایی فعال در تبادل یونی است که بعد از جایگزینی باعث کاهش PH آب می‌شود.
  • رزین کاتیونی سیکل سدیمی: در این نوع رزین کاتیون، سدیم Na+ یون شیمیایی فعال در تبادل یونی است که باعث از بین رفتن میزان سختی آب می‌شود.
  • رزین آنیونی: این نوع رزین برای حذف آنیون‌های محلول در آب مانند: سیلیس، سولفات، کلراید، نیترات و … کاربرد دارد. رزین آنیونی نیز خود دارای انواع زیر است:
  • رزین آنیونی سیکل هیدروکسیدی: در این نوع رزین آنیون، هیدروکسید OH یون شیمیایی فعال در تبادل یونی است.
  • رزین آنیونی سیکل کلر: که در آن کلر با نام عملی Cl شاخه ی فعال در تبادل یونی محسوب می‌شود.
  • رزین میکسبد یا بستر مختلط : این رزین که همزمان دارای رزین‌های آنیونی و کاتیونی است موجب یون زدایی کامل آب و تهیه آب فوق خالص و دیونیزه خواهد شد. در مواردی که آب باید کیفیت بسیار بالایی داشته باشد از رزین بستر مختلط استفاده می‌شود.
یکی از راه‌های که برای تصفیه آب‌ها در صنایع و مراکز مختلف به کار برده می‌شود، استفاده از Ion Exchange Resin یا رزین‌های تبادل یونی است
یکی از راه‌های که برای تصفیه آب‌ها در صنایع و مراکز مختلف به کار برده می‌شود، استفاده از Ion Exchange Resin یا رزین‌های تبادل یونی است

دسته بندی کلی رزین‌ها از نظر کاربرد

برای انتخاب رزین مناسب باید با ویژگی‌ها و انواع رزین‌های تبادل یونی آشنا باشیم. به طور کلی رزین‌های تبادل یونی در دسته‌بندی ‌های زیر موجود هستند:

Strong Acid Cation : SAC – رزین های کاتیونی قوی

Weak Acid Cation : WAC – رزین های کاتیونی ضعیف

Strong Base Anion : SBA – رزین های آنیونی قوی

Weak Base Anion : WBA – رزین های آنیونی ضعیف

 

شرایط استفاده از رزین های تبادل یونی

برای استفاده مؤثر از رزین‌های تبادل یونی در فرایند تصفیه آب باید شرایط زیر حتماً مهیا باشد:

 

– تمایل رزین به جذب یون

 

باید ساختار رزین به کار رفته، متناسب با یون‌های محلول در آب و به گونه‌ی انتخاب شود که تمایل لازم برای جذب شیمیایی یون موردنظر را داشته باشد.

 

  • پایین بودن غلظت محلول

وقتی رزین را در محلولی با غلظت پایین قرار گیرد، بعد از گذشت مدت زمان قابل قبولی واکنش شیمیایی را انجام داده و ستون آن اشباع می‌شود. بعد از آن با مواد احیا کننده، رزین را مجدداً وارد واکنش شیمیایی می‌کنیم.

در صورتی که میزان یون‌های موجود در محلول بسیار زیاد باشد، ستون رزین بسیار زود اشباع شده و دیگر رزین‌ تأثیرگذار نخواهد بود و اگر بخواهیم به مقدار زیاد از مواد احیا کننده برای وارد شدن مجدد رزین به واکنش شیمیایی استفاده کنیم، از نظر اقتصادی به صرفه نخواهد بود.

برای محلول‌هایی که غلظت آن‌ها بالاست استفاده از روش‌های دیگر چون اسمز معکوس و یا تقطیر گزینه‌ی مناسب تری است.

 

  • ناخالصی‌های یونی:

باید در نظر داشت که رزین تبادل یونی تنها قادر به حذف ناخالصی‌ها و آلودگی‌های یونی از محلول است. اگر محلول دارای ناخالصی‌های غیریونی بالای است، توصیه می‌شود از سایر روش‌ها استفاده کنید.

 

مزایای استفاده از رزین‌های تبادل یونی:

 

  • پایداری بالا
  • قابلیت بازیابی و احیا
  • قابلیت تحمل و پایدار ماندن در شرایط دمایی مختلف
  • تنوع در نوع و اندازه
  • برگشت پذیر بودن فرایند تبادل یونی
  • ظرفیت و بازدهی بالا در حذف یون‌ها
  • طول عمر بالا حتی تا ۱۵ سال در صورت استفاده درست
  • عدم تولید پسماندهای آلوده برای محیط زیست
  • سهولت در استفاده
یکی از راه‌های که برای تصفیه آب‌ها در صنایع و مراکز مختلف به کار برده می‌شود، استفاده از Ion Exchange Resin یا رزین‌های تبادل یونی است

کاربردهای رزین تبادل یونی

رزین‌های تبادل یونی به دلیل مزیت‌های که دارد یکی از روش‌های پر استفاده در تصفیه آب است. از آنجایی که این رزین‌ها انواع مختلفی دارند دامنه‌ی استفاده آن‌ها نیز بسیار گسترده است. از جمله کاربردهای آن در صنایع مختلف می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

– استفاده در تجهیزات سختی گیری آب در صنایع، بویلرها و برج‌های خنک کننده
– یون زدایی کامل آب توسط رزین میکس بد (Mixed Bed) و تولید آب فوق خالص
– کاهش مواد معنی و یا دی آلکالیزاسیون (Dealkalization)
– حذف مواد معدنی
– حذف نیترات، فلوراید، فلزات سنگین موجود در آب
– حذف رنگ، بو، طعم نامطلوب، مواد آلی موجود در محلول
– جدا کردن کروماتوگرافیک
– استفاده در صنایع دارویی جهت خالص سازی مواد شیمیایی
– استفاده در صنایع غذایی و نوشیدنی
– استفاده در صنعت نساجی جهت حذف و بازیافت رنگ

– استفاده در صنایع قند و شکر جهت رنگ زدایی

– استفاده در صنعت کاغذ سازی

– خالص سازی آب جهت استفاده در آزمایشگاه‌ها
– استفاده در سیستم‌های پالایشگاهی، نیروگاهی و نیروگاه‌های هسته‌ای
– فرایند تصفیه بیو دیزل