رزین تبادل یونی

رزین تبادل یونی چیست؟

رزین تبادل یونی (Ion Exchange Resin) پلیمرهایی با ساختار متخلخل و شبکه ای است که یک یون فعال به طور دائم در ساختار آن ها قرار دارد. در صنعت تصفیه آب از رزین سختی گیر برای حذف املاح معدنی از آب استفاده می شود. یکی از مزایای فرایند سختی گیری و تولید آب نرم، جلوگیری از ایجاد رسوب در دستگاه تصفیه آب (تاسیسات برودتی و حرارتی مانند بولیرو کولینگ تاور، فرآیندهای تولید محصول، تصفیه آب آشامیدنی، تاسیسات و لوله کشی و اتصالات یا به اصطلاح پایپینگ) و تاسیسات لوله کشی آب است.

از آن جایی که رزین ماده ای خنثی است، باید به اندازه "اکی والان" (حاصلضرب تعداد مول یک یون در بار آن) یون غیر متحرک در ساختار رزین یون متحرک (فعال) وجود داشته باشد. در فرایند تبادل یونی، هر یون با یون دیگری با بار مشابه خود مبادله می شود. بنابراین در دستگاه سختی گیر رزین کاتیونی هر یک یون مثبت منیزیم یا کلسیم با دو یون مثبت سدیم جایگزین خواهد شد. انواع رزین تبادل یونی به دلیل مزیت های زیر جهت حذف آلودگی ها و تصفیه آب صنعتی مناسب هستند:

1. رزین های تبادل یونی دارای ظرفیت و بازده بالایی برای حذف یون های مضر (با غلظت پایین) هستند.
2. از رزین تبادل یونی می توان در محدوده دمایی وسیعی استفاده کرد.
3. استفاده از این رزین ها در واحد های کوچک و بزرگ مناسب است.
4. فرایند تبادل یونی توسط رزین های کاتیونی و آنیونی برگشت پذیر است.

انتخاب نوع محصول در فرآیند خرید رزین تبادل یونی به کاربرد و پارامترهای مختلفی بستگی دارد. در ادامه با آبین همراه باشید تا مشخصات، کاربردها و انواع این محصول پرکاربرد را بررسی کنیم.

فرآیند تبادل یونی توسط رزین

رزین تبادل یونی را به دلیل فرآیند خاصی که در مبادله یون ها در مجاورت با سایر مواد انجام می شود، نام گذاری کرده اند. تبادل یونی یکی از اشکال پدیده نفوذ و جذب سطحی است که در آن یون های مشخصی در مواد جامد و غیر محلول با یون های موجود در محلول تعویض می شوند. این مبادله فرایندی قابل برگشت است و برای اجرای آن لازم است که فاز جامد و مایع با یکدیگر در تماس باشند. ذرات جامد به گونه ای انتخاب می شوند که یون های آن و یون های محلول دارای بار یکسانی باشند.

تمام منابع آب طبیعی در غلظت های مختلف حاوی نمک های محلول هستند که در آب تجزیه می شوند و یون های باردار تشکیل می دهند. یون های دارای بار مثبت، کاتیون نامیده شده و یون های دارای بار منفی، آنیون نام دارند. ناخالصی های یونی می توانند به طور جدی بر قابلیت اطمینان و راندمان عملیاتی دیگ بخار یا سیستم فرایند تاثیر بگذارند. گرمای بیش از حد ناشی از تجمع رسوبات تشکیل شده توسط این ناخالصی ها می تواند منجر به خرابی فاجعه بار لوله، تلفات پرهزینه تولید و توقف برنامه ریزی نشده در سیستم شود. یون های سختی مانند کلسیم و منیزیم، باید قبل از استفاده از آب به عنوان منبع تغذیه دیگ از آن حذف شوند. حذف تقریباً کامل تمام یون ها از جمله دی اکسید کربن و سیلیس در سیستم های آب تغذیه دیگ بخار فشار بالا و بسیاری از سیستم های فرایندی، لازم و ضروری است. سیستم های رزینی تبادل یونی آبین برای حذف موثر یون های محلول از آب کاربرد دارند.

مبدل های یونی، یک یون را با دیگری مبادله کرده، آن را به طور موقت نگه داشته و سپس آن را در محلول احیا کننده رها می کنند. در دستگاه های سختی گیر رزینی، یون های نامطلوب در منبع آب با یون های قابل قبول تری جایگزین می شوند. به عنوان مثال، در فیلتر سختی گیر آب سختی گیر زئولیت سدیم، یون های کلسیم و منیزیم تشکیل دهنده رسوب با یون های سدیم جایگزین می شوند.

انواع رزین تبادل یونی

گروه های قابل یونیزاسیون متصل به رزین، توانایی عملکردی آن را تعیین می کنند. این گروه‌ های قابل یونیزاسیون، توانایی رزین را در جذب یا آزاد کردن یون‌ های خاص تعیین خواهند کرد. به عبارت ساده‌تر، هرچه این گروه‌ها فعال‌تر باشند، رزین می‌تواند یون‌های بیشتری را با محیط اطراف خود مبادله کند.بر این اساس، انواع رزین تبادل یونی به چهار دسته اصلی طبقه بندی می شود:

رزین کاتیونی اسیدی قوی (SAC)

رزین های SAC عملکرد خود را از گروه های اسید سولفونیک (HSO3-) به دست می آورند. زمانی که در فرایند دمینرالیزاسیون از رزین های SAC استفاده می شود، تقریباً تمام کاتیون های آب خام را حذف کرده و آن ها را با یون های هیدروژن جایگزین می کنند. این واکنش به صورت برگشت پذیر بوده و هنگامی که ظرفیت رزین تمام شد می توان آن را با اسید معدنی احیا کرد. مبدل های کاتیونی اسیدی قوی در تمام محدوده های pH به خوبی عمل می کنند. این نوع رزین تبادل یونی، کاربرد گسترده ای در مصارف مختلف تصفیه آب پیدا کرده است. رزین های SAC مثل رزین پرولایت C100H در این دسته قرار گرفته و می توانند بازهای قوی را خنثی کرده و نمک های خنثی را به اسیدهای مربوط خود تبدیل کنند.

رزین های کاتیونی قوی، قابلیت حذف کلیه کاتیون های موجود در آب را دارند. این رزین ها در دو فرم سدیمی و هیدروژنی تولید شده و به بازار عرضه می شوند. از این نوع رزین در چرخه سدیم جهت فرایند سختی گیری و در چرخه هیدروژن برای فرآیند decationization استفاده می شوند. رزین پرولایت (PUROLITE) مدل C100E از نوع رزین های کاتیونی اسیدی قوی است.

در واقع یون های سدیم موجود در رزین با یون هایی مانند کلسیم و منیزیم تعویض شده و سختی آب را کاهش می دهند. گروه عاملی رزین های کاتیونی قوی، سولفونیک اسید بوده و این رزین ها خود به دو دسته رزین کاتیونی نوع 1 و نوع 2 طبقه بندی می شوند. رزین های کاتیونی قوی، ویژگی هایی به شرح زیر دارند:

• خنثی کردن بازهای قوی و تبدیل آن ها به نمک های معادل
• عملکرد مناسب در نمک زدایی آب به دلیل داشتن گروه عاملی اسید سولفونیک
• حذف کلیه کاتیون های آب خام
• دارای عملکرد مطلوب در تمام pHها
• سختی زدایی آب توسط فرم سدیمی (سدیم به عنوان یون فعال)
• کاتیون زدایی از آب توسط فرم هیدروژنی

رزین کاتیونی اسیدی ضعیف (WAC)

رزین کاتیونی اسید ضعیف فعالیت تبادلی خود را با استفاده از یک گروه کربوکسیلیک (COOH) انجام می دهد. هنگامی که رزین های WAC به شکل هیدروژن در فرایند تبادل یونی شرکت می کنند، کاتیون های قلیایی را حذف کرده و اسید کربنیک تولید می کنند. این واکنش ها برگشت پذیر بوده و امکان بازگشت رزین WAC تخلیه شده در فرایند احیا وجود دارد.

رزین های WAC قادر به حذف تمام کاتیون های موجود در منابع آبی مختلف نیستند، اما مزیت اصلی آن ها، راندمان احیای بالا در مقایسه با رزین های SAC است. این راندمان بالا میزان اسید مورد نیاز برای احیای رزین را کاهش داده و مشکلات دفع را به حداقل می رساند.

این نوع رزین تبادل یونی عمدتاً در فرایند سختی گیری و رقیق کردن آب ورودی به سیستم با درصد سختی و قلیایی بالا، به ویژه سیستم های پولیش چرخه سدیم SAC کاربرد دارد. در سیستم های دمینرالیزاسیون کامل از رزین های WAC و SAC به صورت ترکیبی تحت عنوان رزین بستر مخلوط استفاده می شود. رزین میکس بد امکان صرفه اقتصادی رزین WAC همراه با قابلیت تبادل یونی کامل رزین SAC را فراهم می کند. رزین های کاتیونی اسیدی ضعیف ویژگی های زیر را به همراه دارند:

• این رزین ها در فرم هیدروژنی خود توانایی قلیایی زدایی آب یا حذف نمک های قلیایی را داشته و بر نمک های خنثی اثری ندارد.
• به دلیل عدم توانایی در حذف تمام کاتیون ها در سختی گیری و قلیایی زدایی، از آن به همراه رزین های SAC استفاده می شود.
• این رزین ها در مقایسه با رزین های SAC دارای بازده احیای بالاتری بوده و در نتیجه جهت عملیات احیا به اسید کمتری نیاز دارند.

رزین بستر مخلوط یا میکس بد (Mixed Bed)

رزین میکس بد، مخلوطی از رزین های کاتیونی و آنیونی است و به آن رزین ترکیبی نیز گفته می ‍شود. این رزین ترکیبی با نسبت 40 به 60 درصد به ترتیب از رزین های آنیونی قوی (یا یون فعال هیدروکسید) و کاتیونی قوی (با سیکل هیدروژنی) تشکیل می شود. رزین میکس بد عملکرد هر دو رزین کاتیونی و آنیونی را به طور همزمان دارد. به این صورت که کلیه یون های محلول در آب را جذب و به جای آن ها، یون های +H و –OH به آب وارد می کند. معمولاً هنگامی از این رزین تبادل یونی در سیستم تصفیه آب استفاده می شود که به درجه بالایی از کیفیت و سلامت آب نیاز داشته باشیم.

از رزین میکس بد به طور گسترده در دستگاه های دیونایزر و تولید آب خالص استفاده می شود. بسته به میزان TDS، کیفیت آب ورودی و حجم آب عبوری لازم است که بستر رزین را در بازه های زمانی مختلف با استفاده از محلول اسید و باز، احیا کرد تا مجدداً مورد استفاده قرار گیرد. مهمترین ویژگی های رزین میکس بد شامل موارد زیر است:

• قابلیت حذف اکثر مواد معدنی موجود در آب
• تولید آبی با TDS بسیار پایین
• تولید آب مقطر و فوق خالص برای مصارف صنعتی و آزمایشگاهی
• تولید آب مورد نیاز جهت شستشوی نماهای شیشه ای

رزین آنیونی پایه ضعیف (WBA)

عملکرد رزین پایه ضعیف در سه گروه آمین نشات گرفته و این رزین به آسانی با اسیدهای سولفوریک، نیتریک و هیدروکلریک واکنش می دهد. رزین آنیونی بازی ضعیف قادر به حذف اسیدهای معدنی مانند اسید هیدروکلریک (HCL) یا اسید سولفوریک (H2SO4) از آب هست. این محصولات ویژگی های زیر را دارند:

• دارای گروه عاملی آمینی
• شباهت کاربرد به رزین WAC و احیا به وسیله سود یا آمونیاک
• مقاومت بیشتر رزین WBA نسبت به SBA در برابر آلاینده های آب
• نیاز به استفاده از رزین WBA پیش از رزین SBA برای حفاظت بیشتر

باید توجه داشت که به طور کلی تفاوت رزین های آنیونی و کاتیونی (قوی و ضعیف) در محدوده pH است که می توان از آنها استفاده کرد. رزین های قوی قابلیت عملکرد در محدوده pH وسیعی را دارند اما رزین های ضعیف برای محیط هایی با محدوده pH محدودتر مناسب هستند. علاوه بر این، رزین های قوی نسبت به نوع ضعیف قابلیت احیای بیشتری داشته و گران تر هستند.

رزین آنیونی پایه قوی (SBA)

رزین های SBA عملکرد خود را از گروه های عاملی آمونیوم چهارتایی می گیرند که دو نوع گروه آمونیوم چهارتایی با نام های نوع I و نوع II وجود دارد. در رزین نوع II یکی از گروه های متیل با یک گروه اتانول جایگزین می شود. رزین نوع I پایداری بیشتری نسبت به رزین نوع II دارد و قادر است اسیدهای یونیزه شده بیشتری را حذف کند. رزین های نوع II بازده احیا و ظرفیت بیشتری در ازای همان مقدار ماده شیمیایی احیا کننده از خود نشان می دهند. رزین های SBA قادر به خنثی سازی اسیدهای قوی بوده و نمک های خنثی را به بازهای مرتبط خود تبدیل می کنند. این رزین ها در اکثر کاربردهای سختی گیری آب و خالص سازی آب مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله رزین آنیونی پایه قوی می توان به رزین آنیونی پرولایت (PUROLITE) مدل A600 اشاره کرد.

رزین آنیونی پایه قوی مانند رزین کاتیونی، دارای واکنش برگشت پذیر بوده و امکان احیای آن با یک ترکیب قلیایی قوی مانند سود سوزآور یا سدیم هیدروکسید را فراهم می کند. رزین های آنیونی بازی قوی ویژگی های زیر را دارند:

• خنثی کردن اسیدهای قوی و تبدیل آن ها به نمک معادل
• شامل گروه فعال آمونیوم چهار ظرفیتی (نوع I و II)
• بازه احیای بالاتر نوع II نسبت به نوع I
• پایداری بیشتر و قابلیت بالاتر حذف اکثر اسیدهای ضعیف در رزین تبادل یونی آنیونی قوی نوع I نسبت به نوع II

رزین سختی گیر آب چیست؟

رزین‌ سختی ‌گیر تصفیه آب نوعی رزین تبادل یونی و یک ماده شیمیایی مبتنی بر پلیمرهای آلی است کها ز نظر کاربرد، ساختار و ظاهر تفاوت ‌های عمده ‌ای با سایر رزین ‌های تبادل یونی دارد. این نوع رزین های تبادل یونی، به ‌طور خاص برای کاهش سختی آب طراحی شده ‌اند و در این فرآیند، یون ‌های کلسیم و منیزیم موجود در آب را با یون ‌های سدیم یا هیدروژن مبادله می ‌کنند. رزین های سختی گیر معمولا به شکل دانه ‌های ریز طلایی رنگ هستند و توانایی تبادل یونی بالایی دارند، به همین دلیل در واحدهای تصفیه آب به کار گرفته می ‌شوند.

در مقابل، سایر رزین‌ ها مانند رزین ‌های اپوکسی و پلی ‌استر در صنایع مختلفی مانند تولید محصولات پلاستیکی، پوشش‌ های محافظ و مصارف ساختمانی به کار می ‌روند. رزین‌ های اپوکسی به دلیل خاصیت چسبندگی و مقاومت بالا در برابر عوامل شیمیایی و حرارتی، در تولید رنگ ‌ها و پوشش‌ های محافظ استفاده می‌ شوند. همچنین رزین‌ های پلی ‌استر به ‌عنوان ماده پایه در تولید محصولات پلاستیکی و کامپوزیت ‌ها نقش اساسی دارند. علاوه بر این، رزین ‌های اوره ‌فرمالدهید به دلیل خاصیت سخت‌ کنندگی سریع، در صنایع چوب برای تولید تخته ‌های چندلایه و محصولات چوبی کاربرد دارند.

بنابراین، تفاوت کلیدی رزین سختی ‌گیر آب با سایر رزین‌ ها در هدف و مکانیزم عملکرد آن است. رزین‌ های سختی ‌گیر به ‌صورت تخصصی برای فرآیندهای تصفیه آب طراحی شده ‌اند و وظیفه اصلی آن‌ ها حذف یون‌ های سختی‌ زا از آب است، در حالی که سایر رزین ‌ها کاربردهایی گسترده‌ تر و متفاوت در صنایع دارند و معمولاً برای اهدافی مانند ایجاد استحکام، مقاومت شیمیایی یا ایجاد چسبندگی به کار می ‌روند.

کاربرد رزین تبادل یونی در تصفیه آب

رزین تبادل یونی یک گزینه مناسب و کم هزینه برای تصفیه، جداسازی و ضدعفونی محلول های حاوی ذرات یونی به شمار می آید. فرآیندهای تبادل یونی علاوه بر هزینه کمتر، از نظر ماهیت، برگشت پذیر هستند و رزین تبادلی را می توان با استفاده از محلولی که حاوی مقدار اضافی یون های تبادل شده است، احیا کرد.

کاربردهای آزمایشگاهی رزین تبادل یونی معمولی شامل جداسازی اسیدهای آلی و مولکول های زیستی مانند پپتیدها و پروتئین ها است. با این حال، تعدادی از کاربردهای صنعتی اعم از تصفیه آب، فرایندهای تصفیه در صنعت متالورژی، داروسازی، تهیه غذا و نوشیدنی ها، صنایع هسته ای و نیمه هادی نیز وجود دارد که در ادامه به بررسی بیشتر آن ها می پردازیم:

1. سختی گیری آب

تصفیه آب به عنوان محبوب ترین کاربرد رزین تبادل یونی محسوب می شود. آب سخت حاوی مقدار زیادی نمک کلسیم و منیزیم است. آب های زیرزمینی حاوی مقادیر بالایی ذرات ناخالصی محلول در آب هستند که در اثر حل شدن خاک، سایش سنگ و سایر عوامل به وجود آمده اند. ورود آب سنگین به سیستم صنعتی می تواند باعث بروز حوادث جبران ناپذیری مثل آسیب به دیگ های بخار، برج های خنک کننده و تاسیسات لوله کشی شود. همچنین در مصارف خانگی نیز آب با درصد بالای سختی می تواند باعث جلوگیری از اثربخشی صابون و آسیب به سیستم لوله کشی در اثر رسوب ذرات ناخالصی شود.

در فرایند سختی گیری، از رزین های تصفیه آب متشکل از یون های سدیم در جایگاه های فعال برای جایگزینی با یون های کلسیم و منیزیم استفاده می شود. پس از انجام فرایند سختی گیری یا نرم شدن آب، رزین با استفاده از محلولی غنی از یون های سدیم مانند کلرید سدیم احیا می شود. یون های سدیم به جایگاه های فعال روی رزین برمی گردند که می توانند برای سختی گیری بیشتر مورد استفاده مجدد قرار گیرند.

2. تصفیه فلزات سنگین

در حال حاضر آلودگی محیط زیست توسط فلزات سمی یک مشکل عمده زیست محیطی و انسانی است. در میان فلزات، سرب، کادمیوم، جیوه و مس به ویژه برای موجودات زنده خطرناک هستند. این یون های فلزی اغلب با پسماندهای صنایع متالورژی، شیمیایی، الکترونیک و همچنین شیرابه های زباله های صنعتی و شهری وارد منابع آب طبیعی می شوند. فاضلاب صنایع متالورژی نوع خاصی از زباله بوده که بسیار سمی است. به غیر از سرب، کادمیوم و مس، عناصری مانند کبالت، نیکل، روی، کروم، نقره و طلا نیز از ترکیبات سمی هستند.

در این فرایند از رزین تبادل یونی برای حذف فلزاتی مانند سرب و کادمیوم از محلول استفاده می شود. رزین های بستر مخلوط با چرخه های بازسازی متناوب می توانند برای کانی زدایی ناخالصی های کاتیونی و آنیونی مورد استفاده قرار گیرند. مزیت مهم مبدل های یونی در این سیستم، امکان بازسازی و بازیابی فلزات حذف شده است.

3. تصفیه مواد رادیواکتیو

از مبدل های یونی به طور معمول برای خالص سازی عناصری مانند اورانیوم از پلوتونیوم استفاده می شود. طی سال ها از رزین تبادل یونی برای حذف عناصر استفاده شده اما فرایند استخراج با حلال نیز سهم مهمی در جداسازی عناصر گروه لانتانید و اکتینید داشته است. این فرایند شامل تبادل یون های رادیواکتیو در یک محلول با یون های غیر رادیواکتیو است که به رزین متصل هستند.

محلول رادیواکتیو حاوی یون های مورد نظر از یک ستون یا ظرف حاوی رزین تبادل یونی عبور داده می شود. همانطور که محلول در بستر رزین جریان می یابد، یون های رادیواکتیو به طور انتخابی جذب شده و به رزین متصل می شوند؛ در حالی که یون های غیر رادیواکتیو از آن عبور می کنند. تبادل یونی همچنین کاربرد مهمی در پردازش سوخت هسته ای و بازفرآوری مواد زائد رادیواکتیو دارد.

4. فرآیندهای داروسازی

رزین تبادل یونی می تواند به عنوان حامل دارو مورد استفاده قرار گیرد. داروها از طریق فعل و انفعالات یونی ضعیف به گروه های عاملی رزین متصل شده و از طریق فرآیند تبادل یونی آزاد می شوند. علاوه بر این، از تبادل یونی در داروسازی برای اصلاح خواص داروها نیز استفاده می کنند. با تبادل یون مولکول دارو می توان میزان حلالیت و پایداری آن را بهبود بخشید.

به عنوان مثال از رزین تبادل یونی می توان برای تبدیل فرم نمک دارو از حالت انحلال پذیری کم به حالت محلول تر استفاده کرد و در نتیجه سرعت انحلال و جذب آن را در بدن افزایش داد. رزین های تبادل یونی برای خالص سازی آنتی بیوتیک ها و همچنین به عنوان ماده کمکی در فرمولاسیون جهت آزادسازی کنترل شده مواد فعال و برای پوشاندن طعم و بوی نامطلوب برخی از ترکیبات دارویی کاربرد دارند.

5. تولید آبمیوه و نوشیدنی ها

یکی از کاربردهای اصلی رزین تبادل یونی در صنعت تولید نوشیدنی های مختلف، حذف ناخالصی ها و بهبود شفافیت و طعم محصول نهایی است. از این رزین ها می توان برای حذف انواع ناخالصی ها از جمله کلسیم، منیزیم، سایر فلزات سنگین و همچنین ترکیبات آلی و رنگ ها استفاده کرد. حذف کلسیم و منیزیم به عنوان فرایند سختی گیری شناخته می شود که منجر به تولید آب با درصد خلوص بالاتر می شود.

استفاده از آب خالص برای تولید نوشیدنی و آبمیوه ها ترجیح داده می شود، زیرا از تجمع رسوب در تجهیزات جلوگیری کرده، طعم را بهبود می بخشد و کارایی سایر فرایندها را نیز افزایش می دهد. همچنین رزین سختی گیر می تواند به تنظیم pH آب مورد استفاده در تولید نوشیدنی کمک کند. با تبادل یا حذف یون های خاص، رزین امکان دستیابی به سطح pH مطلوب برای محصول نهایی را فراهم می کند.

سایر کاربردهای رزین تبادل یونی در تصفیه آب

از جمله سایر کاربردهای رزین تبادل یونی در سیستم تصفیه آب صنعتی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سختی گیری آب شرب و صنعتی
• یون زدایی کامل و تولید آب فوق خالص توسط رزین بستر مخلوط (Mixed bed)
• صنایع دارویی و خالص سازی مواد
• حذف و بازیافت رنگ در صنایع نساجی
• صنایع غذایی و آشامیدنی
• تولید آب مورد نیاز برای شستشوی نماهای شیشه ای
• استفاده در تصفیه خانه ها و تصفیه فاضلاب
• کاهش سختی آب چاه
• صیقل دادن سطوح پس از فرایندهای مبادله یونی
• حذف مواد معدنی غیر ارگانیک (همراه یا بدون حذف سیلیکا)
• از بین بردن نیترات و فلوراید از آب
• حذف رنگ و مواد آلی
• سیستم تصفیه آب نیروگاه های هسته ای
• بازیابی و جداسازی فلزات گرانبها
• استفاده به عنوان کاتالیست در برخی فرایندها

حذف ذرات ناخالصی آب با رزین تبادل یونی

رزین تبادل یونی انتخابی می تواند آلاینده های خاصی را از جریان آب حذف کند و کارایی بالایی در جذب نوع مشخصی از ذرات ناخالصی پیدا کرده است. این رزین ها با نام رزین انتخابی شناخته می شوند که در ادامه به بررسی برخی از آن ها می پردازیم:

ویژگی های شیمیایی رزین تبادل یونی در تصفیه آب

رزین نیز مانند سایر مواد شیمیایی، ویژگی ها و خصوصیات خود را دارد که آن را برای استفاده های خاصی مناسب می کند. از جمله مهم ترین ویژگی های شیمیایی رزین تبادل یونی باید به موارد زیر اشاره کرد:

اندازه ذرات رزین تبادل یونی

رزین های تبادل یونی در اندازه بستر و ذرات مختلفی عرضه می شوند. رزین ها به صورت دانه های کروی ژله ای هستند که معمولاً در محدوده اندازه 300 تا 1200 میکرون (0.3 تا 1.2 میلیمتر) تولید می شوند. برای مشخص کردن توزیع اندازه ذرات رزین، اصطلاح اندازه یا قطر موثر (اندازه ای که 90 درصد دانه های رزین از آن بزرگتر باشند) و ضریب یکنواختی (EC) بکار می رود.

قطر موثر (P10) قطری است که 10 درصد از ذرات (از نظر وزنی) از آن کوچکتر باشند. ضمناً قطری که 60 درصد از ذرات (از نظر وزنی) کوچکتر از آن باشند نیز P60 نامیده می شود. ضریب یکنواختی رزین تبادل یونی، به نسبت قطر P60 به قطر موثر P10 اطلاق می گردد و همان طور که از اسم آن پیداست، ضریب یکنواختی نشان دهنده پراکندگی در قطر ذرات است. به بیان دیگر هر چه ضریب یکنواختی مقدار کمتری داشته باشد، دانه های رزین یک دست تر هستند و هرچه عدد بزرگتری باشد، اندازه ذرات رزین پراکندگی بیشتری دارد.

چگالی واقعی ذرات رزین، از ویژگی های بسیار مهم آن محسوب می شود و مقدار آن به میزان رطوبت و نوع رزین موجود در بستر (برحسب اندازه)، بستگی دارد. چگالی دانه های رزین های اسیدی و بازی معمولاً به ترتیب حدود 1.2 و 1.1 است. در فرایند تصفیه آب، عمدتاً استفاده از رزین هایی با اندازه موثر حدود 700 میکرون و ضریب یکنواختی کمتر از 1.7 مناسب تر است. زیرا ذرات کوچک تر رزین، سینتیک (جنبش) واکنش مبادله یونی را بهبود می بخشند، اما باعث افزایش افت فشار و کاهش دبی آب می شوند.

تورم پذیری رزین

رزین تبادل یونی تمایل بالایی به جذب رطوبت دارد. این خاصیت رزین به پیوندهای متقابل و گروه های فعال موجود در ساختار آن بستگی دارد. برای مثال رزین های ژله ای با پیوندهای متقابل کم و گروه های فعال اسید سولفونیک یا آمونیوم، حاوی مقدار زیادی آب هستند که باعث تورم آن ها می شود. تورم و انقباض پی در پی باعث کاهش عمر رزین می شود.

از طرف دیگر، حجم یون های مختلف به ویژه یون های هیدراته شده متفاوت است. بنابراین با ورود و خروج یون هایی با حجم مختلف، شبکه رزین دچار انبساط و انقباض خواهد شد. به این خاصیت رزین اصطلاحاً "تورم پذیری" آن می گویند. در زمان سرویس و بهره برداری رزین تبادل یونی، بستر آن فشرده و منقبض شده و سپس با احیای رزین به حالت اولیه برگشته و بستر آن منبسط می گردد. میزان تورم پذیری بستر رزین به غلظت محیطی که رزین در آن قرار می گیرد بستگی دارد و برای انواع رزین های اسیدی و قوی، مقدار متفاوتی خواهد داشت.

در طراحی فیلتر سختی گیر رزینی (ظرف حاوی رزین) توجه به تورم پذیری رزین اهمیت بسزایی دارد. چرا که اگر تغییر حجم و تورم پذیری رزین در هنگام بهره برداری در نظر گرفته نشود، ممکن است که رزین در فیلتر سربسته خود، فضای کافی برای انبساط نداشته و در اثر فشار وارد شده، بخشی از دانه های رزین تخریب شوند.

پایداری رزین تبادل یونی

پایداری رزین تبادل یونی به توانایی آن در حفظ خواص فیزیکی و شیمیایی خود در طول زمان و همچنین مقاومت در برابر تخریب یا تجزیه اشاره دارد. اکثر رزین های تبادل یونی به گونه ای طراحی شده اند که از نظر شیمیایی پایدار بوده و مقاومت بسیار خوبی در برابر حملات شیمیایی دارند. از این رو برای کاربردهای مختلف مناسب هستند. با این حال، پایداری خاص یک رزین می تواند بسته به عواملی مانند نوع آن، محیط شیمیایی، دما و شرایط عملیاتی متفاوت باشد.

به طور کلی، رزین های تبادل یونی در محدوده pH مشخص شده و محدودیت های دمایی ارائه شده توسط سازنده پایدار هستند. پیروی از شرایط کاری توصیه شده و اجتناب از قرار گرفتن در معرض مقادیر شدید pH یا دماهای خارج از محدوده های مشخص شده رزین، برای اطمینان از پایداری مطلوب ضروری است.

توجه داشته باشید که پایداری فیزیکی و مکانیکی رزین تبادل یونی معمولاً تحت تاثیر مقاومت (سختی) ساختار پلیمری و تناوب سیکل های تورم و انقباض رزین است. عوامل زیر باعث تجزیه شیمیایی رزین می شوند:

• ته نشینی مواد (مانند هیدروکسید آهن)
• گرفتگی حفره های رزین
• شکستگی ساختار پلیمری رزین
• تغییر شکل گروه های فعال

رزین های کاتیونی عملاً پایدارتر از انواع آنیونی هستند؛ هرچند که از آن ها می توان تا دمای 150 درجه سانتیگراد هم استفاده کرد.

ظرفیت تبادل یونی رزین

ظرفیت تبادل یونی رزین برابر است با تعداد یون هایی که به وسیله یک واحد وزنی (وزن خشک / وزن تر) و یا حجمی (حجم ماده تر) از رزین جذب می شوند. این پارامتر به تعداد گروه های فعالی که در طی فرایند فعال سازی در ساختار رزین قرار داده شده اند، بستگی دارد. در واقع می توان گفت که ظرفیت تبادل یونی (IEC)، اندازه گیری توانایی یک ماده برای جابجایی یون هایی است که قبلاً در ساختار آن گنجانده شده بوده است.

هر نوع رزین تبادل یونی، ظرفیت مشخصی دارد. این ظرفیت را ظرفیت کل یا تئوریک رزین (Total capacity) می نامند. ظرفیت کل، برابر با وزن یون هایی است که در واحد حجم یا واحد وزن رزین در حالت مرطوب قابل مبادله بوده و به صورت ظرفیت حجمی یا وزنی مشخص می شود. با این وجود، ظرفیت عملی رزین (Operating capacity) از این مقدار کمتر است. در صورت مناسب بودن شرایط دستگاه سختی گیر، این دو مقدار به یکدیگر نزدیک تر خواهند شد.

ظرفیت رزین بر اساس ماده خشک مقدار کمتری است، زیرا این ظرفیت به دلیل وجود پیوندهای متقابل در ساختار رزین و کاهش گروه های فعال چسبیده به سطح کاهش می یابد.

اهمیت رزین تبادل یونی در دستگاه سختی گیر رزینی

سختی گیر رزینی دستگاهی است که وظیفه آن حذف سختی آب شامل: یون های کلسیم، منیزیم و برخی کاتیون های فلزی محلول در آب سخت توسط رزین تبادل یونی است. امروزه سختی گیری از طریق فرآیند تبادل یونی در سیستم تصفیه آب صنعتی کاربرد گسترده ای پیدا کرده است.

فیلتر کربنی با استفاده از مخزن FRP و ترکیبی از کربن فعال، مواد آلی و جامدات آب را جذب کرده و موجب حذف بو، طعم و کدورت می‌شود. این فیلتر در واحد پیش‌تصفیه دستگاه‌های تصفیه آب صنعتی به‌کار می‌رود و ظرفیت آن بر اساس کیفیت آب و میزان تولید تعیین می‌گردد. دستگاه سختی گیر رزینی دارای بدنه تحت فشار از جنس فلزی (گالوانیزه) یا فایبرگلاس (FRP) است که محیط مساعدی را برای فرآیند تبادل یونی و حذف آهک از آب فراهم می کند. سختی آب (شامل Total Hardness, TDS, pH, EC) پس از خروج از دستگاه سختی گیر، تغییرات قابل توجهی خواهد داشت. به این ترتیب که سختی و هدایت الکتریکی آب پس از عبور از دستگاه سختی گیر کاهش و TDS به میزان کمی افزایش می یابد، اما pH آب در محدوده خاصی ثابت باقی خواهد ماند. دستگاه های سختی گیر رزینی ظرفیت مختلفی دارند و به منظور محاسبه ظرفیت دستگاه ضروری است که پارامترهای زیر حتما اندازه گیری شوند:

• دبی جریان آب
• سختی کل آب ورودی
• مدت زمان شستشوی معکوس یا بک واش

توجه داشته باشید که هیچ یک از تجهیزات مورد استفاده در فرایند تصفیه و سختی گیری آب نمی توانند تمام آلاینده ها را مدیریت کنند. همه روش های تصفیه محدودیت هایی دارند و اغلب شرایط کیفیت آب نیاز به ترکیبی از فرایندهای تصفیه آب خواهد داشت. بنابراین، سختی گیری آب املاحی مثل سولفید هیدروژن، سیلت یا ماسه، سرب، نیترات، آفت کش ها و بسیاری دیگر از ترکیبات آلی و معدنی را از بین نمی برد.

محاسبه مقدار رزین تبادل یونی مورد نیاز دستگاه سختی گیر

یکی از عوامل موثر در طراحی دستگاه سختی گیر، مقدار رزین تبادل یونی مورد نیاز دستگاه است؛ زیرا عواملی مانند مقدار و جنس رزین در بازده و عملکرد دستگاه سختی گیر بسیار موثر هستند. حجم رزین مورد نیاز برای دستگاه سختی گیر را می توان به وسیله عوامل زیر برآورد کرد:

• میزان دبی آب (نرخ عبور جریان آب از سختی گیر)
• سختی آب خام ورودی
• حجم آب سختی گیری شده
• تعداد دفعات احیای روزانه
• ظرفیت تبادل یونی رزین مورد استفاده

معمولاً تعداد دفعات احیای رزین تبادل یونی در روز، حداکثر سه مرتبه بوده که زمان هر بار احیا را تقریباً دو ساعت در نظر می گیرند. این زمان می تواند بسته به دمای آب متغیر باشد و حداکثر سه ساعت زمان ببرد تا محلول اشباع آب نمک در مخزن، تولید و آماده مصرف شود. هنگام محاسبه میزان رزین مورد نیاز بر اساس دبی آب معمولاً به دو عامل زیر باید توجه ویژه ای داشت:

• سطح مقطع رزین
• زمان تماس مناسب مورد نیاز میان رزین و آب

مزایا و معایب استفاده از رزین در تصفیه آب

از سیستم های تبادل یونی برای حذف موثر یون های محلول در آب استفاده می شود. در این سیستم، یون های نامطلوب در منبع آب توسط یک ماده تبادلگر مثل رزین، با یون های مناسب تری جایگزین می شوند. رزین تبادل یونی ماکرو متخلخل در فیلتر سختی گیر رزینی از اجزای اصلی تجهیزات این فرایند محسوب می شود.

برای سختی گیری آب معمولاً از بسترهای پلی استایرن سولفونه که از سدیم فوق اشباع شده اند تا سطح بستر را بپوشانند، استفاده می شود. همانطور که آب از این بستر رزینی عبور می کند، یون ها به دانه های رزین متصل شده و یون مطلوب در آب آزاد خواهد شد.

پس از مدتی بسترها اشباع شده و باید رزین مورد استفاده، احیا یا شارژ شود. برای احیای بعضی از رزین های تبادل یونی کاتیونی (مانند رزین پرولایت C100 , پرولایت C100e) باید این رزین ها با محلول آب نمک شسته شوند. در این فرایند، یون های سدیم در محلول آب نمک با یون های ناخالصی مبادله شده و از طریق پساب خارج می شوند.

از جمله مزایای استفاده از رزین سختی گیر در تصفیه آب، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

یکی از مناسب ترین فناوری ها برای حذف موثر یون های معدنی محلول است.

• امکان احیای رزین تبادل یونی وجود دارد.
• سرمایه گذاری اولیه نسبتاً ارزانی دارد.
• نسبت به روش اسمز معکوس دور ریز آب بسیار کمتری دارد
• اپراتوری آسان تری دارد

معایب استفاده از این فرایند نیز به شرح زیر است:

• باکتری ها را به طور مؤثر حذف نمی کند.
• در طولانی مدت هزینه عملیات بالایی دارد.
• فرایند احیای بسترهای تبادل یونی باعث انباشته شدن آب نمک در محیط می شود.

آیا استفاده از رزین تبادل یونی برای آب آشامیدنی مناسب است؟

آب آشامیدنی سالم و استاندارد از نظر املاح موجود در آن باید مشخصات زیر را داشته باشد:

• آب نرم حاوی تمام املاح معدنی مورد نیاز بدن است.
• نوشیدن آبی خالص که کلیه املاح آن حذف شده باشد، برای سلامتی انسان مضر است.
• آب آشامیدنی سالم حاوی مقدار مناسبی کلسیم و منیزیم برای سلامتی انسان (خصوصاً برای کودکان در حال رشد) است.
• میزان سدیم موجود در آب سالم نباید از 300 میلی گرم بر لیتر بیشتر باشد.
• میزان سدیم کلرید مورد نیاز بدن حدود دو تا سه قاشق غذاخوری در روز است که باید از منابع مختلف مثل آب آشامیدنی تامین شود.

جذب سدیم از طریق مصرف آب به میزان سختی آن بستگی دارد. این میزان جذب کمتر از 3% از سدیم مورد نیاز بدن است که از طریق آب صورت می گیرد. برخی از استفاده کنندگان دستگاه سختی گیر رزین تبادل یونی، نگران هستند که سدیم اضافه شده به آب سختی گیری شده برای سلامت آن ها مضر باشد. در این باره باید بدانیم که میزان سدیم افزوده شده به این آب به میزان سختی آن بستگی دارد. بطور کلی باید توجه داشت که این میزان سدیم آب سختی گیری شده در مقابل میزان نیاز روزانه ما به سدیم و مقدار دریافتی از طریق مواد غذایی، مقداری بسیار ناچیز است.

نکات مهم استفاده از رزین تبادل یونی

جهت استفاده و نگهداری رزین تبادل یونی، رعایت نکات زیر ضروری است:

1. پیش از استفاده از سختی گیر رزینی، باید فیلترهای رزینی را بک واش کرد تا ذرات درون آن بر حسب اندازه در جای درست خود قرار بگیرند.
2. پیش از احیای رزین های فرم سدیمی، ابتدا باید رزین را با اسید کلریدریک 4% جهت حذف آهن و منگنز شستشو داد.
3. میانگین عمر مفید رزین ها (با شرایط یک بار احیا در روز) و در شرایطی که از آلودگی های رزین صرف نظر کنیم، بین 8 تا 10 سال است.

عملیات احیا یا بازسازی رزین سختی گیر

فرایند تبادل یونی در دستگاه سختی گیر نمی تواند به صورت پیوسته انجام شود. پس از گذشت زمان، فضای رزین برای جذب کلسیم و منیزیم کاهش یافته و عملکرد آن کمتر می شود. بنابراین، جهت استفاده مجدد از دستگاه باید سختی گیر را احیا (Regeneration) یا بازسازی کرد. عملیات احیای رزین دستگاه سختی گیر بسیار ضروری و لازم است؛ زیرا در طول عمر رزین و دستگاه تاثیر بسزایی دارد. در کنار هر واحد سختی گیر رزینی همیشه یک مخزن نمک قرار دارد که از آن در هنگام احیا استفاده می شود.

عمر مفید رزین تبادل یونی به عوامل مختلفی زیر بستگی دارد:

• پارامترهای کیفی آب خام ورودی
• کیفیت مواد رزینی مورد استفاده
• میزان عملیات احیای رزین
• دما و سایر شرایط

به طور کلی می توان عمر مفید رزین کاتیونی در تصفیه آب را مدت 5 تا 10 سال برآورد کرد. اما این مدت زمان برای رزین آنیونی حدود 4 تا 8 سال است.

فرایند "فعال سازی مجدد" رزین را اصطلاحاً بازسازی یا احیای آن می گویند که با استفاده از اسید قوی (به عنوان یون های هیدرونیوم) برای کاتیون ها و سود سوزآور (به عنوان منبع یون های هیدروکسیل) برای آنیون ها انجام می گردد. این عملیات بسته به اندازه و ظرفیت دستگاه می تواند تا 30 دقیقه ادامه داشته باشد تا بستر رزین از یون های اضافی و آلاینده آب کاملاً پاک شود. برای انجام عمل احیا، معمولاً به این ترتیب عمل می شود که ابتدا بستر رزین، بک واش (شستشوی معکوس) شده، سپس مقدار مشخصی از ماده شیمیایی در دوره زمانی و دبی مشخصی به سیستم وارد می شود. در مرحله آخر هم شستشوی آهسته و سریع رزین صورت می گیرد. در ادامه به روش احیای رزین کاتیونی و میکس بد می پردازیم.

احیای رزین کاتیونی با اسید سولفوریک یا اسید هیدروکلریک؟

برای احیای رزین تبادل یونی کاتیونی می توان از هر نوع اسیدی استفاده کرد اما بازده احیای این رزین توسط اسید سولفوریک نسبت به اسید هیدروکلریک کمتر است. علت این موضوع شامل موارد زیر می شود:

• برای احیای رزین تبادل یونی کاتیونی می توان از هر نوع اسیدی استفاده کرد اما بازده احیای این رزین توسط اسید سولفوریک نسبت به اسید هیدروکلریک کمتر است. علت این موضوع شامل موارد زیر می شود:
• از آن جایی که وزن مولکولی اسید سولفوریک بالا است، هر 98 گرم از آن با خلوص 100%، همان اثر 72 گرم از اسید هیدروکلریک با خلوص 100% را دارد.
• اسید سولفوریک حتی در غلظت های کمتر از 2% نیز دارای یونیزاسیون ناقص است .به عبارت دیگر، این اسید دو ظرفیتی در عمل دو یون هیدروژن آزاد نمی کند و قسمتی از اسید به هدر می رود. بنابراین پساب سیستم نیز اسیدی بوده و برای محیط زیست خطرناک است.

عوامل موثر بر طول عمر رزین سختی گیر

رزین‌ های سختی ‌گیر به‌ عنوان یکی از اجزای کلیدی در سیستم‌ های تصفیه آب، نقش مهمی در بهبود کیفیت آب و حذف سختی ایفا می ‌کنند. با این حال، طول عمر و کارایی این رزین ‌ها به عوامل متعددی وابسته است. انتخاب صحیح رزین، کیفیت آب ورودی، نگهداری و احیای استاندارد، همگی تأثیر قابل ‌توجهی بر عملکرد و دوام آن ‌ها دارند. آگاهی از این عوامل و رعایت اصول بهره ‌برداری می ‌تواند علاوه بر کاهش هزینه‌ های نگهداری، کارایی سیستم را در طولانی‌ مدت حفظ کند. در ادامه به بررسی مهم‌ ترین عوامل مؤثر بر افزایش یا کاهش طول عمر رزین‌ های سختی ‌گیر خواهیم پرداخت.

عوامل مؤثر بر افزایش طول عمر رزین‌ سختی گیر

افزایش طول عمر رزین‌ های سختی‌ گیر آب به عوامل متعددی بستگی دارد که شامل انتخاب مناسب رزین، شرایط بهره ‌برداری، و نگهداری صحیح است. در ادامه به این عوامل اشاره می‌ کنیم:

• کیفیت رزین: رزین‌ های تبادل یونی با کیفیت و استاندارد دارای ظرفیت تبادل یونی بالا و مقاومت بیشتر در برابر فرسودگی هستند. انتخاب رزینی سازگار با شرایط آب ورودی و نیازهای سیستم می ‌تواند عمر مفید رزین را به شکل قابل‌ توجهی افزایش دهد.
• کیفیت آب ورودی: استفاده از آب پیش ‌تصفیه ‌شده با میزان حداقل آلاینده ‌ها، کلر و کلرامین، مانع از تخریب ساختار رزین می‌ شود. نصب فیلترهای پیش ‌تصفیه مانند فیلترهای کربنی می ‌تواند تأثیر مخرب مواد شیمیایی را کاهش دهد.
• فرآیند احیا و بازسازی صحیح: احیای رزین‌ ها با محلول‌ های مناسب و با خلوص توصیه ‌شده، مانند آب نمک با خلوص ۱۰-۱۵ درصد، یکی از عوامل اصلی حفظ طول عمر رزین سختی گیر است. همچنین، اجرای کامل و دقیق مراحل شستشو و بک ‌واش، مانع از کاهش کارایی رزین می ‌شود.
• نگهداری و بهره ‌برداری صحیح: رعایت دستورالعمل‌ های تولید کننده و جلوگیری از استفاده بیش ‌ازحد از رزین ‌ها، اهمیت زیادی دارد. حجم رزین و محلول احیاکننده باید به‌ طور دقیق با ظرفیت سیستم هماهنگ باشد.
• جلوگیری از ورود آلاینده ‌ها: حفظ پاکیزگی محیط و جلوگیری از ورود زباله‌ های شیمیایی به سیستم، مانع آسیب ‌دیدگی رزین تبادل یونی و ایجاد ترک‌ های ساختاری می ‌شود.

عوامل موثر در کاهش طول عمر رزین‌ سختی ‌گیر

برخی عوامل از جمله موارد زیر می ‌توانند باعث کاهش طول عمر رزین ‌های سختی ‌گیر شوند که آگاهی و مدیریت آن ها می ‌تواند از هزینه‌ های اضافی تعویض و نگهداری جلوگیری کند :

• آب با آلاینده ‌های زیاد: آب حاوی املاح رسوب ‌زا، آهن، منگنز، و سیلیس به ‌سرعت رزین ‌ها را اشباع کرده و کارایی آن ‌ها را کاهش می ‌دهد. رسوب این مواد باعث ایجاد گرفتگی و افت راندمان می‌ شود.
• وجود کلر و مواد شیمیایی مضر: کلر و هیپوکلریت سدیم، به‌ عنوان مواد ضدعفونی‌ کننده در آب، می ‌توانند ساختار رزین سختی گیر آب را تخریب کنند. نصب فیلترهای کربنی، از ورود این مواد به سیستم جلوگیری می‌ کند.
• احیای ناقص و غیر استاندارد: عدم اجرای صحیح مراحل احیا و استفاده از محلول ‌های غیر استاندارد یا با غلظت نامناسب، باعث آسیب ساختاری و کاهش توان تبادل یونی رزین می‌ شود.
• انتخاب رزین نامناسب: رزین ناسازگار با نوع آب و سیستم سختی ‌گیر، به ‌سرعت از رده خارج می‌ شود. کیفیت پایین رزین‌ ها نیز باعث خرابی زودهنگام و اشباع سریع آن ‌ها می ‌شود.
• محیط آلوده و زباله‌ های شیمیایی: ورود مواد شیمیایی مخرب به سیستم، باعث ترک ‌خوردگی و تغییرات شیمیایی در ساختار رزین می ‌شود. این امر، مانع تبادل یونی و بازیابی کامل رزین می ‌شود.
• نگهداری نامناسب: پر کردن نامتعادل مخزن رزین سختی گیر آب یا استفاده از محلول احیا کننده با دوز نامناسب، باعث افت کارایی رزین ‌ها و آسیب به سیستم می ‌شود.
• رعایت این عوامل و نظارت مداوم بر عملکرد سیستم، موجب افزایش کارایی و طول عمر رزین‌ های سختی‌ گیر خواهد شد.

انتخاب رزین تبادل یونی مناسب تصفیه آب صنعتی

انتخاب رزین‌ های تبادل یونی مناسب سیستم‌ های تصفیه آب به کاربردهای گسترده‌ ای که این مواد شیمیایی در صنایع مختلف دارند، بستگی دارد. در سیستم‌ های آبرسانی شهری، این رزین‌ ها عمدتاً برای کاهش سختی آب استفاده می‌ شوند تا آب برای مصارف خانگی و صنعتی مناسب‌ تر شود. در صنایع مختلف، به‌ ویژه در تولید برق، فرآوری مواد غذایی و داروسازی که به آب با خلوص بالا نیاز است، رزین‌ ها به حذف ناخالصی‌ ها کمک می کنند تا از آسیب به تجهیزات و به خطر افتادن کیفیت محصول جلوگیری کنند. علاوه بر این، در تصفیه فاضلاب نیز رزین‌ ها برای بهینه‌ سازی فرآیند و حفظ ایمنی محیط زیست به کار می‌ روند.

رزین‌ های آنیونی قوی همراه با رزین‌ های کاتیونی قوی در تولید آب فوق خالص (Ultra-Pure Water) به‌ صورت بسترهای مختلط یا تکی به کار می‌ روند. یکی از کاربردهای مهم رزین آنیونی قوی، استفاده در فرآیند قلیاییت‌ زدایی است؛ در این روش، آب آلوده از بستر رزین آنیونی بازی قوی نوع II عبور داده می‌ شود تا یون‌ های کلر و قلیاییت آن حذف شوند. همچنین، رزین آنیونی قوی در فرم کلریدی برای حذف نیترات از آب‌ های آلوده به نیترات به‌ کار می‌ رود. علاوه بر این، نوع خاصی از رزین آنیونی قوی به نام کلستیرامین (Cholestyramine) در صنعت داروسازی برای کاهش کلسترول خون مورد استفاده قرار می‌ گیرد.

به طور کلی، رزین‌های تبادل یونی بخش مهمی از سیستم‌های تصفیه آب هستند که کیفیت آب را در صنایع مختلف تضمین می‌کنند. بنابراین، برای خرید رزین تبادل یونی مورد استفاده در مصارف مختلف تصفیه آب و دستگاه سختی گیر، ابتدا باید نوع رزین (کاتیونی یا آنیونی) مورد نظر خود را شناسایی کنید. توجه به نکات مهم زیر شما را انتخاب رزین مناسب یاری می دهد:

1. نوع رزین تبادل یونی

یکی از تفاوت های رزین تبادل یونی (آنیونی یا کاتیونی) قوی و ضعیف در قیمت آن ها است. رزین های نوع ضعیف نسبت به قوی، قیمت بالاتری دارند؛ چرا که نوع ضعیف بازده احیای بیشتری خواهد داشت. بازده یا راندمان احیای رزین های پایه قوی معمولاً کمتر از 40 درصد است. به بیان دیگر پس از احیای این رزین ها 60% از جرم آن ها عملاً تلف می شود، ولی راندمان احیای رزین های پایه ضعیف معمولاً حدود 100 درصد است.

به علاوه، رزین های تبادل یونی ضعیف را می توان توسط اسید یا باز ضعیف و یا با اسید یا باز رقیق احیا کرد. اگرچه رزین های تبادل یونی ضعیف قادر به تعویض تمام یون ها نیستند و تنها یون هایی با شرایط خاص را حذف می کنند، ولی کاربرد آن ها در صنایع مختلف نسبت به نوع قوی بیشتر بوده و معمولاً گران تر از رزین های تبادل یونی قوی هستند.

تفاوت دیگر رزین های نوع قوی و ضعیف در میزان تورم پذیری آن ها است. رزین های تبادلی قوی به صورت هیدروژنی یا هیدروکسیلی هستند، بیشترین حجم متورم شده را دارند. این در حالی است که رزین های ضعیف هنگامی که به صورت نمک در می آیند، بیشترین حجم را دارند. بنابراین پس از احیای رزین های قوی ممکن است تا میزان 90 درصد افزایش حجم را تجربه کنید. این در حالی است که حجم رزین های ضعیف پس از اشباع به 90% افزایش می رسد.

حجم رزین مورد مورد نیاز در سیستم سختی گیر، بسته به نوع و ظرفیت رزین تبادل یونی متفاوت است. رزین های آنیونی نسبت به رزین های کاتیونی ظرفیت تبادل یونی کمتری دارند. بنابراین حجم بیشتری از رزین های آنیونی نیاز است تا قابلیت تبادل یونی معادل کل حاصل گردد.

برند رزین تبادل یونی

رزین ها معمولاً بر حسب حجم و در بسته بندی های حدود 20 تا 200 لیتری به فروش می رسند. به دلیل اهمیت و کاربرد فراوان رزین در صنایع مختلف، شرکت های زیادی اقدام به تولید آن ها کرده اند. در این میان، رزین پرولایت از پرفروش ترین انواع رزین تبادل یونی محسوب می شود که جهت سختی گیری و تولید آب خالص در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده از مواد اولیه کاملاً مرغوب و با کیفیت، شرکت پرولایت را به بزرگترین و مشهورترین برند تولید کننده رزین تبدیل کرده است.

بهترین برندهای رزین تبادل یونی

رزین های تبادل یونی در انواع مختلفی ساخته می شوند که هر کدام بنا به فرم یونی مشخصی که دارند برای از بین بردن نوعی عامل سختی در سیالات مورد استفاده قرار می گیرند. رزین های سختی گیر تبادل یونی همان طور که از عنوان آن ها مشخص است، از طریق فرایندی به نام تبادل یونی باعث حذف یا کاهش عوامل سختی آب و دیگر سیالات می شوند. نحوه عملکرد رزین تبادل یونی به این صورت است که از طریق تبادل یون های خود با یون های عامل سختی آب مانند منیزیم و کلسیم، باعث کاهش سختی آب می شود.

برای مثال رزین پرولایت C100 که یکی از پرکاربرد ترین نوع رزین این برند به حساب می آید، دارای فرم یونی Na+ یا به اصطلاح سدیمی است. این رزین کاتیونی پرولایت از طریق تبادل یون های سدیم خود با یون های منیزیم و کلسیم موجود در آب سختی آن را تا حد زیادی کاهش می دهد. رزین های تبادل یونی در برندهای مختلفی تولید شده و به بازار عرضه می شوند. در ادامه به بررسی برخی از مهم ترین و بهترین برندهای رزین تبادل یونی می پردازیم:

رزین تبادل یونی پرولایت (PUROLITE)

رزین تبادل یونی پرولایت انگلیس از پرکاربردترین رزین های مورد استفاده در تصفیه آب و فاضلاب است. این مجموعه طیف گسترده ای از رزین ها را برای کاربردهای مختلف مانند تصفیه آب، فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی، داروسازی، صنایع شیمیایی و پتروشیمی و غیره ارائه می دهد. رزین های پرولایت دارای انواع مختلفی شامل رزین های آنیونی، کاتیونی و میکس بد هستند. از پرکاربردترین رزین های آنیونی پرولایت می توان به رزین پرولایت A400 و از پرکاربردترین رزین های کاتیونی این برند می توان به رزین های C100 و C100e اشاره کرد.

رزین پترولایت نیز با گرید و سطح کیفی بالا برای از بین بردن سختی آب استفاده می شود و تولید کشور چین است. دو مدل رزین پترولایت 001*7 و 001*8 از پرکاربردترین رزین های سختی گیر این برند محسوب می شوند که در کاربردهای خانگی سختی گیری از آب، سیستم های تصفیه آب صنعتی، تجاری و هم چنین صنایع غذایی مورد استفاده قرار می گیرند.

توجه داشته باشید که یکی از برترین برندهای رزین مورد استفاده در کشور ایران، رزین تبادل یونی پرولایت است که عملکرد مناسبی برای حذف یون های ناخالصی دارد. رزین پرولایت C100E و C100 از جمله کاربردی ترین مدل های این برند هستند که به طور گسترده در فرآیند سختی گیری آب مورد استفاده قرار می گیرند. رزین پرولایت مدل C100 یکی از رزین های تبادل یونی کاتیونی این برند است که در سیستم تصفیه آب و فاضلاب کاربرد زیادی دارد. C100e نیز یک رزین کاتیونی اسید قوی است که قابلیت تحمل دما تا 120 درجه سانتی گراد را داشته و به دلیل عملکرد مناسبی که دارد، به یکی از پرمصرف ترین رزین ها در ایران تبدیل شده است. رزین کاتیونی c100h برند پرولایت از نوع ژل پلی استایرن با پایه هیدروژنی است که دارای طول عمر بالایی در سیستم تصفیه آب بوده و می تواند تا چندین سال مورد استفاده قرار بگیرد.

از جمله رزین های میکس بد برند پرولایت می توان به مدل mb400 اشاره کرد که ترکیبی از رزین کاتیونی اسید قوی با رزین آنیونی اسید قوی است. این ماده شیمیایی می تواند در مصارف مختلف از جمله دستگاه های دیونایزر و تولید آب مقطر استفاده شود.

رزین A400 یکی از رزین های تبادل یونی آنیونی برند پرولایت است که جهت کاهش میزان سختی آب در سیستم های حذف مواد معدنی غیر ارگانیک با بسترهای لایه ای یا ترکیبی از رزین ها کاربرد دارد. یکی از قدرتمندترین رزین های آنیونی برای جذب و حذف سیلیکا از آب، رزین پرولایت مدل A600 است. ظرفیت عملیاتی بالای این محصول باعث شده تا توانایی جذب و جداسازی بالایی برای حذف محدوده وسیعی از آنیون ها را داشته باشد. در مصارف تصفیه آب صنعتی، رزین A500 برای جذب و حذف سیلیس از آب و تصفیه میعانات کاربرد زیادی دارد.

در مصارفی مثل رنگبری شربت رنگ نیز از رزین های تبادل یونی استفاده می شود. رزین آنیونی A500PS پرولایت توانایی بالایی در جداسازی ترکیبات رنگی موجود در مایعات دارد. پایداری فیزیکی این محصول باعث شده تا طول عمر بالایی در سیستم تصفیه آب داشته باشد. رزین A502PS دارای تاییدیه WQA و NSF/ANSI-61 است که پایداری حرارتی بالا و مقاومت عالی در برابر شک اسمزی دارد. این رزین نیز در رنگزدایی کاربرد زیادی داشته و در بسته بندی های مختلف به فروش می رسد.

رزین SUNRESIN

مجموعه SUNRESIN شرکتی است که در توسعه، ساخت و کاربرد رزین های تبادل یونی و جاذب ها تخصص دارد. محصولات این مجموعه به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله تصفیه آب استفاده می شوند. از جمله محصولات تولیدی این مجموعه می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• رزین جاذب
• رزین کاتالیست
• رزین چلاتینگ
• کروماتوگرافی
• حاملان آنزیم
• رزین های تبادل یونی
• رزین تبادل یونی بستر مخلوط
• رزین پودری
• رزین تبادل یونی کاتیونی اسید قوی
• رزین تبادل یونی آنیون پایه قوی
• رزین تبادل یونی کاتیونی اسید ضعیف
• رزین تبادل یونی آنیون پایه ضعیف

رزین آمبرلایت

رزین Amberlite نوعی رزین مصنوعی است که برای جداسازی و تصفیه آب در مصارف مختلف استفاده می شود. این رزین ها معمولاً به عنوان جاذب های متراکم و تبادل یونی در فرآیندهای صنعتی و آزمایشگاهی به کار می روند. رزین آمبرلایت تولید شرکت دوپونت بوده و شامل انواع مختلفی از رزین های تبادل یونی است که هر یک به منظور کاربردهای خاصی تولید شده اند. این مجموعه طیف وسیعی از رزین های تبادل یونی کاتیونی اسید قوی و ضعیف، رزین های آنیونی پایه قوی ضعیف و همچنین رزین های پاک کننده مواد آلی را تولید می کند.

رزین آمبرلیست

رزین تبادل یونی امبرلیست یک نوع رزین مصنوعی است و معمولاً از پلیمرهای خاصی مانند پلی استایرن تهیه شده که دارای گروه های عاملی با وزن مولکولی بالا است. این گروه های عاملی می توانند یون های مختلف را جذب کنند و یا جایگزین یون های دیگر در محلول آبی شوند. کاربرد اصلی رزین های تبادل یونی امبرلیست در سیستم های تصفیه آب است. زمانی که آب به این سیستم وارد می شود، رزین های تبادل یونی امبرلیست با یون های موجود در آب تعامل می کنند. بسته به نوع رزین و نوع یون های مورد استفاده، این فرایند می تواند برای حذف یون های مختلف از آب مانند کاتیون ها (یون های مثبت) یا آنیون ها (یون های منفی) انجام شود. به عنوان مثال، در فرآیند تصفیه آب، از رزین های تبادل یونی برای حذف یون های ناخالصی مانند کلریدها، نیترات ها، سولفات ها و سایر مواد جامد محلول استفاده می شود.

رزین تبادل یونی امبرلیست دارای طیف گسترده ای از رزین های تبادل یونی کاتیونی اسید قوی و ضعیف و رزین های تبادل یونی آنیونی پایه قوی و ضعیف است. این رزین ها کاربردهای زیادی در سیستم تصفیه آب از جمله فرآیندهای تصفیه، شیرین سازی آب دریا و سختی گیری دارند.

قیمت رزین تبادل یونی تصفیه آب در سال 1403

قیمت رزین تبادل یونی به ظرفیت، نوع و جنس مواد اولیه مورد استفاده در آن بستگی دارد. بهای این محصول با توجه به بسته بندی، نحوه عرضه، وارداتی بودن و برند سازنده متفاوت است. دیگر عوامل مهمی که در تعیین قیمت این محصول موثر هستند، عبارتند از:

1. برند رزین مورد استفاده
2. مقدار رزین تبادل یونی مورد استفاده
3. کاربرد رزین در مصارف مختلف
4. نوسانات ارز

استفاده از رزین تبادل یونی ارزان و با کیفیت پایین شاید در روزهای اول ظاهراً تفاوتی در عملکرد دستگاه نداشته باشد، اما با گذشت زمان و اشباع شدن رزین ها مشاهده خواهید کرد که دیگر احیا نمی شود و ناچار به شارژ مجدد آن هستید. استفاده از رزین مرغوب با برندی معتبر قطعا در عملکرد سختی گیر رزینی بی تاثیر نخواهد بود. به همین خاطر توصیه می شود که همیشه برای خرید رزین تبادل یونی باکیفیت به فروشگاه های معتبر حوزه تصفیه آب مانند آبین مراجعه کنید. کارشناسان آبین آماده ارائه خدمات مشاوره تلفنی به صورت رایگان به کاربران هستند.