انواع رزین های کاتیونی و آنیونی

انواع رزین های کاتیونی و آنیونی کدام هستند؟ رزین های تبادل یونی از ماتریس های پلیمری تشکیل شده اند و یون ها با بار مثبت (یون کاتیونی) و یون ها بار منفی (یون آنیونی) به طور دائم به آنها متصل شده و مبادله می شوند. برخی از رزین های تخصصی هر دو نوع عملکرد را دارند. رزین های تبادل یونی بر اساس نوع ضعیف یا قوی بودن و نوع عملکرد در دسته بندی متنوعی قرار می گیرند که در ادامه آن را مورد بررسی قرار داده ایم.

انواع رزین های کاتیونی و آنیونی

انواع رزین های کاتیونی و آنیونی بر اساس نوع گروه های عملکردی و میزان قدرت جذب و کاربرد خاص می توانند در 7 دسته قرار بگیرند که عبارتند از:

• رزین کاتیونی اسید قوی (SAC)
• رزین کاتیونی اسید ضعیف (WAC)
• رزین های آنیونی پایه قوی (SBA)
• رزین های آنیونی پایه ضعیف (WBA)
• رزین های تخصصی (خاص)
• رزین های کاتالیزور
• رزین هایی با سطح جذب بالا

• رزین کاتیونی اسید قوی (SAC)

یکی از پرمصرف ترین رزین های تبادل یونی در صنایع، رزین کاتیونی اسید قوی (SAC) است. رزین های تبادل کاتیونی دارای یک ماتریس پلیمری هستند که گروه های عاملی با بار منفی (آنیونی) مانند سولفونات (SO 3 – ) به آن متصل هستند. احیا رزین های تبادل کاتیونی می توانند با محلول نمک سدیم (Na 2+ ) به منظور کاربردهای نرم کردن آب سخت باشد و یا برای کاربردهای دمینرالیزاسیون از احیا رزین با اسید (H + ) استفاده می شود.

رزین های تبادل کاتیونی بیشتر SAC به منظور حذف سختی آب و از بین رفتن یون های سختی مانند منیزیم (Mg + ) یا کلسیم (Ca 2 + ) مورد استفاده قرار می گیرند. در برخی از دستگاه های سختی گیر ممکن است از دو بستر رزین کاتیونی SAC به طور موازی استفاده شود. اولین بستر برای نرم کننده ای که محلول قلیایی تولید می کند و دومی به عنوان یک دمینرالایزر (به شکل H + ) که محصول نهایی قلیاییت است. برخی از انواع رزین های کاتیونی قوی هستند که برای کاربردهای خاص از جمله حذف باریم و رادیوم از آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می گیرند. نکته حائز اهمیت در مورد رزین های تبادل کاتیونی این است که آنها در برای عوامل اکسیدان ها آسیب پذیر هستند. علاوه بر این، رزین های کاتیونی قوی اگر در معرض آهن یا منگنز قرار بگیرند آلوده می شوند. به همین دلیل باید مراقبت های ویژه ای از آنها به عمل آید.

• رزین کاتیونی اسید ضعیف (WAC)

رزین های تبادل کاتیونی اسیدی ضعیف (WAC) قادر هستند سختی موقت آب را حذف کنند. این نمونه رزین ها از گروه عاملی کربوکسیلیک اسید (RCOO – ) استفاده می‌کنند و با اسید سولفوریک یا هیدروکلریک احیا می‌شوند. رزین های تبادل کاتیونی ضعیف یون های کاتیون را با یون های هیدروژن مبادله می کنند. به همین دلیل ممکن است اسیدیته کمی بیشتر شود. اما کاربرد رزین های کاتیونی ضعیف برای  فرآیندهای دمینرالیزاسیون و دکالیزاسیون می باشد. این رزین ها

رزین های تبادل کاتیون اسیدی ضعیف (WAC) کاتیون های مرتبط با قلیاییت (سختی موقت) را حذف می کنند. رزین‌های WAC معمولاً از گروه‌های عاملی کربوکسیلیک اسید (RCOO – ) استفاده می‌کنند و با اسید سولفوریک یا هیدروکلریک بازسازی می‌شوند. مشابه رزین‌های SAC، رزین‌های WAC کاتیون‌ها را با یون‌های هیدروژن تعویض می‌کنند که منجر به اسیدیته کمی بیشتر در جریان تیمار شده می‌شود. میل ترکیبی رزین تبادل کاتیونی ضعیف برای واکنش با یون های کاتیون دو ظرفیتی (Ca 2 + و Mg 2 + ) بالا است. به همین دلیل این رزین ها برای کاربردهای سختی موقت بسیار مناسب هستند. در برخی از دستگاه های سختی گیر رزین از یک فرآیند دو مرحله ای استفاده می شود که در مرحله اول از رزین های کاتیونی ضعیف (WAC) و در مرحله بعدی از رزین کاتیونی قوی (SAC) استفاده می شود. رزین کاتیونی ضعیف به  دلیل داشتن مقاومت مکانیکی بالاتر در برابر اکسیداسیون و عوامل فرسایشی انتخاب بهتری هستند.

بررسی هزینه های رزین های تبادل کاتیونی در بازار

هزینه رزین تبادل کاتیونی بر اساس نوع رزین کاتیونی ضعیف یا قوی ، نوع برند، نوع کاربرد که می تواند خاص باشد، مقاومت مکانیکی و موارد دیگر می تواند متغیر باشد. معمولاً قیمت رزین کاتیونی پرولایت بر اساس کاربرد آن که اغلب می تواند برای تصفیه آب شرب یا تصفیه آب پسماند های صنایع باشد می تواند متفاوت باشد. معمولاً رزین پرولایت c100e نوعی  ژل پلی استایرن از نوع رزین کاتیونی اسید قوی با فرم سدیم است که برای کاربردهای نرم کردن و تصفیه آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می گیرد. یکی دیگر از پر مصرف ترین رزین های پرولایت، رزین کاتیونی c100 است که نوعی ژل پلی استایرن از نوع رزین کاتیونی اسید قوی با فرم سدیم است. این نوع رزین کاتیونی برای تصفیه آب صنایع مورد استفاده قرار می گیرد.

• رزین های آنیونی پایه قوی

رزین های تبادل آنیونی از نوع پایه قوی (SBA) در انواع مختلفی وجود دارند از جمله نوع 1، نوع 2 و اکریلیک یا ماکرو متخلخل هستند. هر نوع رزین آنیونی قوی (SBA) برای کاربردهای خاصی مورد استفاده قرار می گیرد. رزین های ماکرو متخلخل آنیونی پرولایت به دلیل وجود منافذ، مقاومت بهتری در برابر ساییدگی شوک اسمزی دارند و به دلیل داشتن مساحت سطح بزرگ، مقاومت بیشتری در برابر رسوب دارند. علاوه بر این، محصولات ماکرو متخلخل نیز سبک تر هستند. یکی از رزین های پرمصرف آنیونی پرولایت در صنایع برای املاح زدایی رزین آنیونی a400  از نوع فرم کلرید با ژل پلی استایرن از نمونه رزین آنیون پایه قوی نوع I می باشد.

• رزین آنیونی پایه ضعیف

رزین های تبادل آنیونی پایه ضعیف (WBA) تنها رزین های تبادل یونی هستند که یون های قابل تعویض ندارند. رزین های آنیونی اسیدیته معدنی آزاد (Cl و SO 4 ) را جذب می کنند. رزین های تبادل آنیونی (WBA) دارای گروه های عاملی آمینی هستند و معمولاً با هیدروکسید سدیم (NaOH)، آمونیاک (NH 3 ) ، یا کربنات سدیم (Na2CO3 ) احیا و بازسازی می شوند. اغلب رزین های تبادل آنیونی ضعیف برای املاح زدایی جزیی مورد استفاده قرار می گیرند. در بسیاری از کاربردهای تصفیه آب صنایع، رزین های آنیونی ضعیف به همراه رزین های آنیونی قوی مورد استفاده قرار می گیرند. رزین های تبادل آنیونی ضعیف برای جذب اسیدی شامل حذف کلرید، سولفات، نیترات و سایر آنیون‌های مرتبط با اسیدهای قوی استفاده می شوند. دقت داشته باشید رزین های آنیونی ضعیف برای حذف اسیدهای ضعیف مانند سیلیس (SiO2 ) و دی اکسید کربن (CO2 ) مناسب نیست.

بررسی هزینه های رزین های تبادل آنیونی در بازار

رزین های تبادل آنیونی پرولایت در بازار زیاد هستند. قیمت رزین آنیونی و کاتیونی پرولایت بر اساس نوع کاربرد، قوی یا ضعیف بودن، نوع I یا II می تواند متغیر باشد.

• رزین های تخصصی (خاص)

در بسیاری از صنایع بر اساس نوع کاربرد و استفاده نیاز به رزین های تخصصی وجود دارد. بههمین دلیل کارخانجات تولید و ساخت رزین های تبادل یونی برای کاربردهای خاص اقدام به تولیدات ویژه ای کرده اند. به عنوان مثال، رزین های کیلات رایج ترین نوع رزین تخصصی برای حذف انتخابی یون های فلزات ، نرم کننده آب نمک و سایر مواد میباشند. گروه های عاملی رزین تخصصی دقیقاً وابسته به کاربرد آن است. به همین دلیل می تواند تیول، اسید ایمینودی استیک یا اسید آمینوفسفونیک و … باشد. رزین های خاص کیلیت به صورت گسترده به منظور تغلیظ و حذف فلزات در محلول های رقیق مانند کبالت (Co 2 +) و جیوه (Hg 2 +) مورد استفاده قرار می گیرند. اما نمونه دیگری از رزین های تخصصی رزین های تبادل یون مغناطیسی هستند که به منظور حذف مواد آلی طبیعی از فاز مایعات مورد استفاده قرار می گیرند.

• رزین های کاتالیزور

برخی از برندهای مشهور متناسب با واکنش های کاتالیزور اقدام به تولید رزین های تبادل یونی خاص کرده اند. به عنوان مثال برند پرولایت رزین پلیمری برای فرایندهای کاتالیزور در نظر گرفته است. رزین های تجاری اسید سولفونیک مبتنی بر استایرن معمولی اغلب برای واکنش‌های شیمیایی کاتالیز شده توسط یون‌های H + یا M + استفاده می‌شوند. اما زمانی فرایند سریع تر با بازدهی و درجه خلوص بهتر اتفاق می افتد که از یک کاتالیزور با همین طراحی استفاده شود. رزین‌های کاتالیزور پلیمری پرولایت برای همین منظور ارائه شده اند.  نکته قابل توجه در انتخاب رزین های کاتالیزور پرولایت توجه به معیارهایی شامل دما، ظرفیت وزن خشک، تخلخل کاتالیزور، نوع رزین و تورم/انقباض کاتالیزور می باشد. بیشتر کاربردهای رزین تبادل یونی برای صنایع شیمیایی و پتروشیمی از همین نمونه است.

• رزین هایی با سطح جذب بالا

برخی از تولید کنندگان به منظور درجه خلوص بالاتر محلول های آبی اقدام به تولید رزین های تبادل یونی با سطح جذب بالا می کنند. برند پرولایت با تولید رزین هایی با سطح جذب بالا یا رزین های جاذب پلیمری با افزایش سطح داخلی بالا، تخلخل بالا و توزیع اندازه منافذ کنترل شده توانسته عملکرد موفقی در این زمینه داشته باشد. دانه های این نمونه از رزین پرولایت به شکل کروی مصنوعی با ساختار منافذ مشخص به منظور خالص سازی و استخراج انتخابی ملکول های هدف از محلول های آبی است. این نمونه از رزین های پرولایت ایمن و کارآمد هستند. تولید این نمونه رزینهای پرولایت در دو دسته Macronet و PuroSorb خلاصه بندی می شود که هر کدام دارای طیف گسترده ای از ماتریس ها، تخلخل ها، ظرفیت ها و اندازه منافذ هستند و برای کاربردهای صنعتی خاصی مناسب می باشند.

محدوده اندازه ذرات معمولی برای رزین های پرولایت جاذب PuroSorb و Macronet بین 300 تا 1200 میکرومتر با ضریب یکنواختی کمتر از 1.6 است. این اندازه برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مناسب می باشد. اما ذرات کوچک تر از این برای جداسازی و خالص سازی رزین های کروماتوگرافی فاز معکوس Chromalite مورد استفاده قرار می گیرند.عوامل مهمی که میزان جذب را تحت تاثیر قرار می دهد عبارتند از: فعل و انفعالات شیمیایی، حلالیت، اندازه، وزن و ظرفیت است.

نتیجه گیری:

انواع رزین های کاتیونی و آنیونی بر اساس نوع کاربرد ، خواص و ویژگی ها، نوع برند، ضعیف و قوی بودن در دسته بندی متفاوت قرار می گیرند. به صورت کلی رزین های تبادل یونی در 7 دسته بندی قرار می گرند که عبارتند از: رزین کاتیونی اسید قوی (SAC)، رزین کاتیونی اسید ضعیف (WAC)، رزین های آنیونی پایه قوی (SBA)، رزین های آنیونی پایه ضعیف (WBA)، رزین های تخصصی (خاص)، رزین های کاتالیزور، رزین هایی با سطح جذب بالا از این دسته هستند. برخی از برندهای مشهور هر 7 دسته را برای تولیدات خود دارند این در حالی است که برخی از برندهای دیگر برخی از رزین های تبادل یونی را تولید می کنند. به عنوان مثال رزین های تبادل یونی پرولایت با داشتن تنوع و طیف گسترده ای از رزین های تبادل یونی برای کاربردهای خاص توانسته نیازهای همه صنایع را در این زمینه برآورده کند.

منابع: samcotech.com – purolite-com