تاریچخه رزین تبادل یونی
در سال 1850 برای اولین بار دو فرد انگلیسی به نام‌های تامپسون و وی، فرآیند تبادل یونی را شناسایی کردند. آنها گزارش دادند که وقتی محلول کود روی ستونی از خاک ریخته می‌شود، آمونیاک موجود در محلول کود با کلسیم موجود در خاک جایگزین می‌شود. تبادل یونی تا سال 1905 برای هیچ کاربرد صنعتی مورد استفاده قرار نگرفت. در آن زمان یک شیمیدان آلمانی به نام گانس، از یک ماده‌ی تبادل کاتیونی آلومینوسیلیکات سدیم مصنوعی (زئولیت) در نرم کننده‌های آب استفاده کرد.
فهرست مطالب
ادامه تاریخچه رزین تبادل یونی
نرم کننده‌های آب Gans ، یون‌های سدیم موجود در زئولیت را با یون‌های کلسیم و منیزیم موجود در آب مبادله کردند. در نرم شدن آب از طریق فرآیند حذف یون‌های سختی، یک زئولیت طبیعی به نام شن و ماسه سبز بعدها جایگزین آلومینوسیلیکات مصنوعی شد. Greensand استحکام فیزیکی بیشتری نسبت به آلومینوسیلیکات دارد از این رو برای کاربردهای صنعتی مناسب تر به نظر می‌رسد. در سال 1944، رزین تبادل کاتیونی اسید قوی (SAC) با پلیمریزاسیون مشترک استایرن و دی وینیل بنزن تولید شد. کوپلیمر استایرن-دیوینیل بنزن (S-DVB) بسیار پایدار است و ظرفیت تبادل یونی بیشتری نسبت به ماسه سبز دارد. رزین تبادل آنیون پایه قوی استایرن-دیوینیل بنزن (SBA) در سال 1948 ساخته شد. این رزین قادر به حذف تمام آنیون‌ها از جمله سیلیس و دی اکسید کربن در آب بود. از سال 1948 تغییرات زیادی در ساختار کوپلیمری رزین های تبادل یونی استایرن-دیوینیل بنزن اصلی SAC و SBA انجام شده است. این اصلاحات در تلاش برای رفع نیازهای خاص صنعتی و افزایش عمر رزین انجام شده است. این‌ها اکنون تنها محصولات قابل توجهی هستند که در فناوری تبادل یونی صنعتی استفاده می‌شوند. حدود 95٪ از رزین‌ها بر اساس پلیمرهای استایرنیک، 4٪ بر اساس آکریلات‌ها و تنها مقدار بسیار کمی بر اسایس سایر پلیمرها هستند. در صفحات اختصاصی میتوانید اطلاعات بیشتری در مورد ساختار رزین و انواع رزین بخوانید.
رزین تبادل یونی چیست؟
واکنش تبادل یونی یک واکنش شیمیایی برگشت پذیر است. جایی که یون های محلول از فاز محلول خارج می‌شوند و یون‌های دیگر با همان بار الکتریکی جایگزین می‌شوند. رزین تبادل یونی یک محیط فیزیکی است. که واکنش های تبادل یونی را تسهیل می‌کند. در زیر نمونه‌ای از واکنش تبادل یونی آورده شده است.
فروشگاه آقای پمپ دارنده انواع تصفیه آب های صنعتی از جمله رزین تبادل یونی و کربن اکتیو می‌باشد. برای ثبت سفارشات خود با کارشناسان ما در تماس باشید و از خدمات مشاوره رایگان نیز برخوردار شوید.
خواص فیزیکی رزین
رزین‌های تبادل یونی معمولی از یک ماتریس پلیمری با پیوند متقابل با توزیع نسبتاً یکنواختی از مکان‌های فعال یونی در سراسر ساختار تشکیل شده‌اند. یک رزین تبادل کاتیونی با ماتریس بار منفی و یون‌های مثبت قابل تعویض (کاتیون‌ها) نشان داده می‌شود. مواد تبادل یونی به صورت کروی یا گاهی اوقات به صورت گرانول‌هایی با اندازه و یکنواختی خاص، برای رفع نیازهای خاصی فروخته می‌شوند. این مواد اکثراً به شکل کروی (مهره) یا به صورت رزین معمولی با توزیع اندازه ذرات از حدود 0.3 میلی متر تا 1.2 میلی متر (مش 50-16) یا به صورت رزین با اندازه ذرات یکنواخت (UPS) تهیه می‌شوند. در حالت متورم آب، رزین‌های تبادل یونی معمولاً وزن مخصوص 1.1-1.5 را نشان می‌دهند. چگالی ظاهری که در یک ستون نصب شده است شامل 35-40 درصد حجم خالی معمولی برای یک محصول کروی است. چگالی ظاهری در محدوده 560-960 گرم در لیتر (35-60 پوند بر فوت 3) برای محصولات رزینی مرطوب معمول است.
نحوه عملکرد رزین تبادل یونی
فرآیند تبادل یونی در آب اتفاق می‌افتد. این فرآیند به این صورت است که یون‌های فاز مایع به رزین جامد با تبادل یونی عبور می‌کنند. به علت اینکه آب ترکیبی است که یون‌های خود را متعادل می‌کند و بار الکتریکی متعادلی دارد، یون‌های دیگری از فاز جامد به آب یا فاضلاب منتقل می‌شوند تا جایگزین یون‌های خارج شده از آب شوند. این رزین ها معمولاً از ترکیبات پلیمری مانند پلی استایرن، رزین های فنل فرمالدئیدی و رزین های اپوکسی ساخته می شوند و گروه هایی از مواد سولفوریک، کربوکسیلیک یا آمین روی آنها قرار می‌گیرد. در طبیعت، زئولیت‌ها به عنوان منبع طبیعی برای این فرآیند شناخته می‌شوند. این رزین ها به دو دسته آنیونی و کاتیونی تقسیم می‌شوند. به طور کلی، اگر TDS آب بالاتر از 2000 میلی گرم در لیتر باشد، فرآیند تبادل یونی راه خوبی برای کاهش محتوای املاح نیست.
کاربرد رزین‌های تبادل یون رزینی
- تامین آب خالص مورد نیاز مبدل‌های حرارتی
- تامین آب مورد نیاز صنایع نفت ، گاز و پتروشیمی
- تامین کننده آب خالص برای تامین آب صنعتی موردنیاز نیروگاه‌ها
- تامین آب خالص صنایع شیمیایی،آرایشی و بهداشتی و داروسازی
ستون‌های تبادل یون رزینی (IX) – سختی گیر (Cation Column)
به طور کلی وجود کاتیون‌های 2 و 3 ظرفیتی مانند کلسیم، منیزیم، آهن، منگنز، آلومینیوم باعث سختی آب می‌شود. اما از آنجایی که میزان این کاتیون‌ها در مقایسه با کلسیم و منیزیم بسیار کم است، سختی آب عمدتاً به دلیل وجود دو کاتیون کلسیم و منیزیم است. از نظر مصارف صنعتی به خصوص در تاسیسات حرارتی، سختی میتواند مشکل ساز باشد و باعث رسوب این تاسیسات شود.
آب از نظر پیچیدگی در مصارف صنعتی به 4 گروه تقسیم می‌شود که عبارتند از:
گروه 1: آبهایی با سختی کربنات کلسیم کمتر از 50 میلی گرم در لیتر که به آنها آب نرم می‌گویند.
گروه 2: آب هایی با سختی 50 تا 150 میلی گرم در لیتر که به صورت کربنات کلسیم یا آب نسبتاً سخت محاسبه می‌شوند.
گروه 3: آب هایی که با سختی 150 تا 300 میلی گرم در لیتر از نظر کربنات کلسیم هستند.
گروه چهارم: آب هایی با سختی کربنات کلسیم بیش از 300 میلی گرم در لیتر که به آنها آب های بسیار سخت می‌گویند.
کاربرد رزین تبادل یونی در صنایع شیمیایی چیست؟
جداسازی فلز:
از فرآیندهای تبادل یونی برای جداسازی و خالص سازی فلزات استفاده می‌شود. از جمله جداسازی اورانیوم از پلوتونیوم و سایر اکتنیدها، از جمله توریم، لانتانیم، نئودیمیم، ایتریم، ساماریوم و لوتتیوم، و همچنین سایر لانتانیدها. دو نوع عناصر خاکی کمیاب وجود دارد. لانتانیدها و اکتینیدها. اعضای هر سری خواص فیزیکی و شیمیایی بسیار مشابهی دارند. برای سال‌ها، تبادل یونی تنها روش جداسازی خاک‌های کمیاب در مقیاس بزرگ بود. این برنامه توسط فرانک اسپدینگ در دهه 1940 اختراع شد.
استخراج اورانیوم:
گلوله های تبادل یونی یک جزء مهم شستشو در استخراج اورانیوم هستند. شستشوی درجا شامل استخراج آب حاوی اورانیوم از چاه‌های عمیق است. محلول اورانیوم بازیافت شده و سپس به دانه‌های رزین فیلتر می‌شود. در طی فرآیند تبادل یونی، گلوله‌های رزین اورانیوم از محلول جذب می‌شوند. این رزین‌های غنی از اورانیوم سپس به نیروگاه‌ها منتقل می‌شوندو در نهایت پس از جدا شدن U3O8، یک کیک زرد از دانه‌های رزین تشکیل می‌شود. لازم به ذکر است که این گلوله های رزین قابل استفاده مجدد هستند. فرآیند تبادل یونی همچنین برای جداسازی سایر عناصر شیمیایی مانند زیرکونیوم و هافنیوم در صنعت هسته‌ای حائز اهمیت است.
کاتالیزور:
رزین های تبادل یونی به عنوان کاتالیزور در سنتز آلی استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، عقیم سازی و هیدرولیز. پلیمرهای تبادل یونی دارای گروه‌های اسیدی یا قلیایی هستند که می‌توانند واکنش‌های کاتالیزشده اسید-باز را تحریک کنند. این کار با ایجاد مکان‌های اسیدی یا قلیایی در یک لایه سخت ناهمگن که کاتالیزور را از مواد دیگر جدا می کند، انجام می‌شود.
مشخصات کلی رزین‌های تبادل یونی چیست؟
همه رزین‌ه دارای ویژگی‌های مشترکی هستند که شامل موارد زیر می‌شود:
- این رزین ها حاوی یون‌های ناپایدار هستند.
- رزین های ناپایدار یون‌ها را مبادله می‌کنند.
- رزین های تبادل یونی ماتریس‌های پلیمری نامحلول هستند.
- دسته بندی فوق بر اساس گروه عامل جایگزین متصل به پایه پلیمری است.
سوالات متداول رزین تبادل یونی
رزین‌های تبادل یونی پس از گذشت مدتی از فرآیند تصفیه آب بسته به پارامترهای طراحی سیستم تصفیه آب، با کاتیون‌ها یا آنیون‌های موجود اشباع می‌شوند و نیاز به بازسازی با آب مقطر و آب نمک دارند. اگر سیستم تصفیه آب رزینی به درستی طراحی شده باشد و رزین تصفیه آب به طور منظم و مناسب بازسازی شود، رزین می تواند بین 5 تا 10 سال دوام بیاورد و مورد استفاده قرار گیرد. عواملی مانند سطوح بالای کلر و کلرامین در آب، وجود آهن زیاد در آب، بازسازی سریع رزین قبل از رسیدن به حد اشباع، و بازسازی چندین مدل رزین در کنار هم میتواند به طور قابل توجهی عمر رزین را کاهش دهد.
ماده‌ای کوچک مانند مهره می‌باشد که کل فرآیند دیونیزه شدن آب را به حالت خفگی در می‌آورد. این رزین، یون‌های شارژ نشده غیر ضروری را کاتالیز کرده و آب بسیار تمیزی را تحویل می‌دهد. از این آب می‌توان برای کاربردهای پزشکی، زیستی یا آزمایشگاهی استفاده کرد.
رزین تبادل یونی کاتیونی با فرم سدیمی را با آب نمک و رزین‌های کاتیونی فرم هیدروژنی را با محلول اسیدی اسید سولفوریک یا اسید کلریدریک، احیا می‌کنند.
چطور بفهمیم رزین تبادل یونی که میخریم اصل است؟
روشی برای تست وجود داره؟
سلام روز بخیر. رزین تبادل یونی را میتونید براساس عملکرد ، نوع رزین و برندشون مورد بررسی قرار بدید و اینکه روش خاصی برای تست اون وجود ندارد.
سلام وقت بخیر. نحوه احیاء رزین تبادل یونی به چه صورته، امکانش هست راهنمایی بفرمایید؟؟
سلام روز بخیر. میتواند رزین تبادل یونی را قبل از استفاده با آب مقطر شست و شو دهید.
سلام و عرض ادب.
یک مدل رزین اسید قوی برای تصفیه آب آشامیدنی میخواستم. چه مدلی بهم پیشنهاد می دهید؟
سلام روز بخیر. میتوانید از رزین C100E استفاده کنید.