انواع رزین های تبادل یونی 

آلاینده های موجود در منابع آب امروزه به عنوان یک معضل جهانی روز به روز بیشتر مورد توجه قرار می گیرد و استانداردهای دشوارتری برای آن در نظر گرفته می شود. در حال حاضر تصفیه آب صنعتی به دو روش تبادل یونی شامل تصفیه آب به روش نرم کردن آب و روش حذف یون ها انجام می شود. اهمیت این مساله تا به این حد است که استفاده از رزین های تبادل یونی یکی از روش های مهم تولید آب یونزدایی شده در صنایع به شمار می آید. با این وجود، علاوه بر سختی گیری، روش تبادل یونی دارای کاربردهای فراوانی دیگری است که اصول تصفیه آب در تمام آنها براساس مبادله یون های مضر موجود در آب توسط یون های معینی از ساختار رزین می باشد. 

فروشگاه تصفیه آب آبین عرضه کننده انواع رزین های تبادل یونی مرغوب با برندهای معتبر است که به مشتریان خود را در مورد کیفیت محصولات اطمینان می دهد. در این مقاله قصد داریم با انواع رزین های تبادل یونی مورد استفاده در تصفیه آب آشنا شویم.

رزین های تبادل یونی در تصفیه آب

رزین های تعویض یونی پلیمرهایی با ساختار متخلخل و شبکه ای می باشند که یک یون به طور دائم در این ساختار مستقر است. آنجایی که رزین از نظر الکتریکی خنثی می باشد، از این رو باید به اندازه اکی والان (حاصلضرب تعداد مول های یک یون در محلول در قدر مطلق بار آن) یون غیر متحرک در ساختار رزین یون متحرک وجود داشته باشد. در فرایند تبادل یونی هر یون با یون دیگری بار مشابه خود جایگزین می شود. برای مثال در دستگاه سختی گیر رزین کاتیونی هر یک یون منیزیم یا کلسیم با دو یون سدیم تعویض می گردد.

•    رزین تبادل یونی کاتیونی (Cation exchange resin)

رزین های دارای کاتیون های قابل تبادل، اصطلاحاً رزین کاتیونی نامیده شده و به دو دسته کلی رزین های کاتیونی اسیدی قوی و اسیدی ضعیف طبقه بندی می شوند. این رزین ها شامل یون های مثبت جابه جا شونده ای (متحرک) هستند که به گروه های عاملی اسیدی غیر متحرک نظیر اسید سولفونیک و کربوکسیلیک متصل می شوند. در هنگام بهره برداری از رزین، یون های مثبت هیدروژن و سدیم جایگزین کاتیون های موجود در آب می گردند. در زمان عملیات احیا نیز کاتیون هایی که در بستر رزین گیر افتاده اند، وارد محلول احیا شده و مجدداً با هیدروژن و سدیم جایگزین می گردند.

•    رزین تبادل یونی آنیونی (Anion exchange resin)

رزین های دارای آنیون های قابل تبادل، با نام رزین های آنیونی شناخته می شوند و به دو دسته کلی رزین های آنیونی بازی قوی و بازی ضعیف طبقه بندی می شوند. این رزین ها قادر به حذف تمام یا بخشی از آنیون های موجود در آب می باشند. از رزین های آنیونی پرفروش موجود در ایران می توان به رزین آنیونی پرولایت مدل A400 استفاده کرد که کاربرد ویژه ای در دستگاه های دیونایزر دارد.

•    رزین بستر مخلوط (Mix bed) 

از رزین میکس بد جهت تولید آب با کیفیت بسیار بالا استفاده می شود. این رزین در واقع مخلوطی از رزین اسیدی کاتیونی قوی با سیکل هیدروژنی و رزین بازی آنیونی قوی با یون فعال هیدروکسید می باشد. در خروجی رزین آنیونی قوی را معمولاً از رزین میکس بد عبور می دهند تا کیفیت آب خروجی بهبود یابد. آب خروجی از رزین ترکیبی عمدتاً دارای هدایت الکتریکی کمتر از 1 میکرو زیمنس بر سانتی متر مربع، PH در محدوده 6.8 تا 7.2 و نیز دارای مقدار کمتر از ppm 0.02 سیلیکا می باشد. 

•    رزین تبادل یونی مخصوص حذف نیترات (Nitrate selective ion exchange resin)

در حوزه تصفیه آب جهت حذف نیترات از آب می توان از رزین هایی با انواع زیر استفاده کرد:

•    رزین های آنیونی بازی قوی ویژه حذف نیترات 
•    رزین های آنیونی بازی قوی نوع اول
•    رزین های آنیونی بازی قوی نوع یک با ظرفیت بالا
•    رزین های آنیونی بازی قوی نوع دوم
•     رزین های آنیونی بازی ضعیف

انتخاب رزین مورد استفاده به منظور حذف نیترات از آب به نظر مصرف کننده و نوع طراحی سیستم بستگی دارد که از جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:

•    بوی زننده رزین های آنیونی قوی نوع اول در مقایسه با بدون بو بودن رزین های نوع دوم
•    احتمال نشتی نیترات در رزین پس از اشباع رزین های نوع 1 و 2
•    لزوم استفاده از رزین مخصوص حذف نیترات برای آب های خوراکی که سولفات بالایی دارند.
•    استفاده از رزین های آنیونی بازی قوی نوع 1 به علت ظرفیت بالا و کاهش هزینه های عملیاتی و کاهش هدر رفت آب
•    استفاده نکردن از رزین مخصوص حذف نیترات هنگامی که هدف، حذف نیترات و آرسنیک از آب باشد.
•    استفاده از روش جدید حذف نیترات با استفاده از رزین های آنیونی بازی ضعیف موجب کاهش هدر رفت آب می شود.

جهت جلوگیری از نشت نیترات در آب تصفیه شده و آب هایی که مقدار سولفات بالایی داشته باشد، از رزین A520E پرولایت حذف نیترات استفاده می شود. اگر نسبت میزان سولفات آب به مجموع سولفات و نیترات موجود در آب بیشتر از 60% باشد، استفاده از رزین آنیونی مخصوص حذف نیترات بر رزین های آنیونی بازی قوی نوع 1 و 2 ترجیح داده می شود.

به دلیل اینکه ذرات نیترات یون هایی بار منفی هستند، با استفاده از فیلتر رزین آنیونی می توان این ذرات را از آب حذف کرد و استفاده از این رزین ها بدین منظور مناسب است. این رزین های آنیونی پس از هر بار استفاده دچار رسوبگذاری شده و نیازمند انجام عملیات احیا خواهند بود. این رزین ها را معمولاً توسط مواد شیمیایی مانند کلرید سدیم، اسید سیتریک، کلرید پتاسیم و دی اکسید کلر مجدداً احیا می کنند. نکته مهمی که در این باره وجود دارد این است که ظرفیت یون های فعال رزین حتماً بیشتر از ظرفیت یون های نیترات باشد. هر چه این یون ها وزن مولکولی بیشتری داشته باشند به فیلترهای رزینی با قدرت جذب بالاتری نیاز خواهد بود.

•    رزین های حذف آهن و منگنز

پس از سختی آب، حضور املاح آهن و منگنز، متداول ترین مشکل برای مصرف کنندگان آب به ویژه در بخش صنعتی محسوب می شود. این عناصر معمولاً به شکل اکسید فریک و اکسید منگنز نامحلول در آب می باشند. وجود یون آهن در آب بسته به غلظت آن می تواند باعث ایجاد رنگ زرد مایل به قهوه ای، طعم ناخوشایند آب، ایجاد لکه های رنگی بر روی لباس ها و در غلظت های بالا موجب تشکیل رسوب در لوله ها و تجهیزات صنعتی گردد. حضور یون منگنز در آب نیز می تواند سبب ایجاد لکه های قهوه ای بر روی لباس ها و ذرات سیاه رنگ بر روی وسایل شود. حد مجاز آهن در آب به نوع استفاده از آن متفاوت می باشد. برای مثال حد مجاز ترکیبات آهن به ترتیب برای آب های شرب 0.3 ppm و برای مصارف صنعتی حدود 0.005 تا 0.3 ppm تعیین شده است.

ترکیبات آهن به طور کلی به دو صورت یون دو ظرفیتی (به نام فرو) و سه ظرفیتی (فریک) می باشند و ترکیبات فریک شکل کاملاً اکسید شده ترکیبات فرو هستند. در اثر مجاورت آب با هوا و اکسيژن محلول در آب، ترکیبات آهن به طور کامل اکسید می شوند. ترکیبات آهن در آب های سطحی معمولاً به صورت فریک و در آب های چاه به شکل فرو می باشند. ترکیبات فرو را می تواند با استفاده رزین های تبادل یونی کاتیونی (معمولاً فرم سدیمی) از آب حذف نمود، اما وجود ترکیبات فریک در آب می تواند باعث تشکیل رسوب بر روی بستر رزینی شده و عملکرد سیستم را مختل کند. 

از نوعی رزین های کاتیونی به منظور حذف انتخابی فلزات سنگینی مانند آهن و منگنز استفاده می شود. این رزین ها از نوع رزین های کیلاتی (chelating) متخلخل از جنس پلی استایرن و دارای گروه فعال ایمینو دی استیک هستند به طور ویژه برای حذف کاتیون های فلزات سنگین از پساب های صنعتی طراحی شده اند. از دیگر کاربردهای این رزین ها استفاده در فرایندهایی مانند استخراج  فلزات از سنگ معدن، تصفیه پساب آبکاری ها و نیز حمام آبکاری فلزات هستند. 

•    رزین تبادل یونی حذف آرسنیک

آلودگی آب به آرسنیک به ویژه در آب های زیر زمینی، به دلیل سمیت بالای آن، به عنوان یک مشکل اساسی در سراسر دنیا محسوب می شود. این ماده یکی از آلاینده های مهم آب آشامیدنی مطرح شده است که مصرف طولانی مدت آن می تواند باعث بروز سرطان در انسان شود. سازمان بهداشت جهانی حد مجاز آرسنیک در آب را 0.01 میلی گرم بر لیتر بیان کرده است در حالی که حداکثر حد مجاز آرسنیک در آب 5 میلی گرم بر لیتر می باشد.

آرسنیک در آب به دو صورت آرسنات و آرسنیت وجود دارد. روش تبادلی یونی تنها قادر به حذف آرسنات (با بار منفی) از آب می باشد و برای حذف آرسنیک از آب لازم است که ابتدا آرسنیک (با بار خنثی) را به آنیون (با بار منفی) تبدیل نمود، بدین منظور معمولاً پیش از روش تبادل یونی از فرایند اکسایش استفاده می شود. در واقع انجام فرایند اکسایش پیش از روش مبادله یونی سبب تبدیل آرسنیت به آرسنات در آب می شود. البته باید توجه نمود که پس از انجام فرایند اکسایش باید مواد باقی مانده از قبل در رزین ها خارج شود و به نوعی رزین ها مورد احیا قرار بگیرند. 

زمان زیاد انجام روش اکسیداسیون به فرایند تبادل یونی و رزین های حساس لطمه وارد می کند، بنابراین ضروری است که پیش از این فرایند زمان آن را بهینه کنیم. فرایند تبادل یونی رزینی برای حذف آرسنیک می توان توسط همه انواع رزین های کاتیونی و آنیونی انجام شود اما استفاده از رزین های آنیونی قوی انتخابی آرسنیک بدین منظور مناسب تر است. رزینی اختصاصی که برای حذف آرسنیک توسط شرکت پرولایت تولید شده است، رزین آنیونی مدل A300E می باشد. این رزین آنیونی قوی از نوع کلراید بوده و هنگامی که از آن برای حذف آرسنیک از آب استفاده می شود، در PH بین 8 تا 9 واکنش آرسنات کلراید رخ می دهد. 

•    رزین تبادل یونی حذف بور

بدن انسان شامل حدود 0.7 میلی گرم بر لیتر عنصر بور است که به عنوان یک عنصر ضروری در رژیم غذایی محسوب نمی شود. مصرف بیش از 5 میلی گرم از اسید بوریک می تواند موجب ایجاد مسمویت و علایمی مانند تهوع، استفراغ، لخته شدن خون و تحریک پوست و چشم در انسان گردد. 
بور معمولاً در طبیعت به صورت اسید بوریک و نمک معادل آن وجود دارد. اسید بوریک را می توان به کمک رزین های تبادل یونی حذف نمود اما به علت شباهت آن با سیلیکات لازم است که فرایند تصفیه آب با دقت کافی انجام شود. رزین های تبادل یونی انتخابی بور نوعی رزین آنیونی ضعیف است که می تواند بور را در غلظت های بسیار پایین و در حضور یون های دیگر از آب حذف کند. 

وبسایت تصفیه آب آبین با سال های تجربه در حوزه تصفیه آب خانگی و صنعتی و ارائه انواع دستگاه ها و مواد شیمیایی مرغوب از جمله انواع رزین های تبادل یونی اورجینال، آماده ارائه مشاوره رایگان و خدمت رسانی به مشتریان عزیز می باشد.