تبادل یون چیست؟
تبادل یونی فرآیند شیمیایی خاصی را توصیف می کند که در آن یون های ناخواسته محلول در آب و فاضلاب – مانند نیترات، فلوراید، سولفات و آرسنیک – با یون های دیگر با بار مشابه مبادله می شوند. یونها، مولکولهایی هستند که تعداد کل الکترونهای آن ها با تعداد کل پروتونها برابر نیستند.
دو گروه مختلف از یون ها وجود دارد: کاتیون های با بار مثبت، آنیون های با بار منفی
تبادل یونی یک فرآیند تصفیه آب است که معمولاً برای نرم کردن یا سبک سازی آب استفاده می شود، اما میتواند برای حذف سایر مواد از آب در فرآیندهایی مانند دیونیزاسیون، نیترات زدایی و گندزدایی هم استفاده شود. با وجود تنوع بالای فناوریهای موجود، تعیین اینکه آیا تبادل یونی بهترین فرآیند برای هدف موردنظر ماست،یک امر مهم به شمار می آید.
حذف آلاینده های یونی
از این فرآیند برای حذف آلاینده های یونی محلول از آب استفاده می شود. فرآیند تبادل بین یک فاز جامد (رزین یا زئولیت) و یک فاز مایع (آب) رخ می دهد. در این فرآیند، ترکیبات نامطلوبی که قصد حذف آن را داریم با ترکیباتی که مطلوب تر هستند، مبادله می شوند. این یون های مطلوب بر روی رزین بارگذاری می شوند. این رزین ها را می توان به تنهایی یا به صورت هماهنگ برای حذف آلاینده های یونی از آب استفاده کرد.
در تبادل کاتیون ها در طول تصفیه آب، یون های دارای بار مثبت که با رزین تبادل یونی در تماس هستند با یون های دارای بار مثبت موجود در سطح رزین، که معمولا سدیم است، مبادله می شوند.
در فرآیند تبادل آنیون، یون های دارای بار منفی با یون های دارای بار منفی روی سطح رزین، که معمولاً کلرید است-مبادله می شوند. آلاینده های مختلف – از جمله نیترات، فلوراید، سولفات و آرسنیک – همگی می توانند با تبادل آنیون حذف شوند.
انواع رزین ها
رزین تبادل یونی ماده ای است با طیف گسترده ای از ترکیبات آلی که به طور مصنوعی پلیمریزه شده و حاوی مکان هایی با بار مثبت یا منفی است که می تواند یونی با بار مخالف را از محلول اطراف جذب کند. رزین ها معمولاً از یک کوپلیمر استایرن-دیوینیل بنزن (ماده با وزن مولکولی بالا) تشکیل شده اند، اگرچه از ترکیبات دیگری مانند متاکریلیک اسید-دیوینیل بنزن و پلیمرهای فنل فرمالدئید نیز استفاده می شود. گروه های باردار الکتریکی معمولاً از نوع نمک های اسید سولفونیک یا کربوکسیلیک یا نمک های آمونیوم چهارتایی هستند. پلیمرهای حاوی گروه های اسیدی به عنوان مبدل های اسیدی یا کاتیونی طبقه بندی می شوند زیرا یون های دارای بار مثبت مانند یون های هیدروژن و یون های فلزی را مبادله می کنند. آنهایی که حاوی گروههای آمونیومی هستند، مبدلهای پایه یا آنیونی در نظر گرفته میشوند زیرا یونهای دارای بار منفی، معمولاً یونهای هیدروکسید را مبادله میکنند.
رزین های تبادل یونی جامدات سبک و متخلخلی هستند که معمولاً به شکل گرانول، مهره یا ورقه تهیه می شوند. هنگامی که در محلول غوطه ور می شوند، رزین ها محلول را جذب کرده و متورم می شوند. درجه تورم به ساختار پلیمری و غلظت کل یون محلول بستگی دارد.
رزین ها عمدتاً به صورت زیر طبقه بندی می شوند:
رزین کاتیونی قوی – دارای یون سولفونیک (SO3+H-):
رزینهای اسید قوی رفتاری شبیه به اسید قوی دارند و در کل محدوده pH در هر دو شکل اسید (R-SO3H) و نمک (R-SO3Na) به شدت یونیزه میشوند.
رزین کاتیونی ضعیف – دارای کربوکسیلیک اسید (COO-H+):
این رزینها مانند اسیدهای آلی ضعیف عمل میکنند که تجزیه ضعیفی دارند.
رزین آنیون قوی – دارای آمین های چهارتایی (NH2-C-(NH3)3O-OH):
رزین های بازی قوی با داشتن گروه های عاملی پایه قوی مانند (OH) به شدت یونیزه می شوند. و در کل محدوده pH قابل استفاده است. این رزین ها به شکل هیدروکسید (OH) برای دییونیزاسیون آب استفاده می شوند
رزین آنیون ضعیف – دارای آمین های اولیه، ثانویه و سوم (CH3NH2)
در آنها درجه یونیزاسیون به pH بستگی دارد.
رزین های شیلاته کننده:
رزین های شیلاته مانند رزین های کاتیونی ضعیف عمل می کنند، اما درجه انتخاب پذیری بالایی را برای کاتیون های فلزات سنگین نشان می دهند. گروه عاملی در اکثر این رزین ها EDTA و ساختار رزین به شکل سدیم R-EDTA-Na است.
ترتیب انتخاب آنیون و کاتیون ها به شرح زیر است:
احیای رزین ها
احیا فرآیندی است که برروی دانههای رزین تبادل یونی اشباع شده انجام میشود و یونهایی را که در طول چرخه و حین کار روی رزین جمعآوری شدهاند حذف میکند تا رزین بتواند به استفاده خود ادامه دهد.بازیابی رزین،سیستم را قادر می سازد بارها و بارها برای چندین سال قابل استفاده باشد.
احیای بستر رزین تبادل یونی شامل فرآیندهای متعددی است، از جمله:
شستشوی معکوس
تزریق مواد شیمیایی
آبکشی آهسته
آبکشی سریع
اولین گام در احیا، شستشوی معکوس سیستم با جاری شدن آب به سمت بالا از پایین و در خلاف جهت معمول علور آب از بستر است. این کار لایه های رزین را جایه جا میکند و به شستشوی رزین کمک میکند.
سپس بستر ته نشین شده و با محلول آب نمک یا سایر مواد شیمیایی احیا کننده بازسازی می شود. این مرحله یون های تبادل شده را از بین می برد و رزین را به شکل اولیه مورد نیاز برای شروع یک چرخه سرویس جدید باز می گرداند.
پس از احیا، مرحله شستشوی آهسته برای خروج ماده احیا کننده از بستر آغاز میشود تا زمانی که ماده احیا کننده از سیستم خارج شود.
شستشوی سریع یک شستشوی نهایی با آب خام است تا اطمینان حاصل شود که کیفیت آب پس از احیا تامین می شود و احیا و خروج مواد احیا کننده از بستر به خوبی انجام شده.
پس از شستشو، بستر رزین به چرخه کار باز می گردد. کل زمان برای بازسازی کمتر از 2 ساعت است و کل آب مصرفی حدود 7 برابر حجم رزین است.
هنگامی که یک سیستم رزین احیا می شود، تنها حدود 60 تا 80 درصد از کل ظرفیت رزین تبادل یونی بازیابی می شود. همیشه مقداری از یون های عنصری و مزاحم روی رزین باقی می مانند. هنگامی که رزین به چرخه کاربرمیگردد ، برخی از این ترکیبات باقیمانده از رزین خارج می شوند و به پساب خروجی منتقل می شوند و به این اتفاق “نشت” می گویند.
به همین دلیل است که استفاده از رزین های تبادل یونی برای آب آشامیدنی توصیه نمیشود چرا که ممکن است نشت رخ دهد.
گروه تخصصی ملکاب اینجاست تا با استفاده از گروه ماهر و باتجربه خود با سابقه 25 سال کار در حیطه سیستم های اسمز معکوس و تصفیه آب، به شما در افزایش بهره برداری سیستم و جلوگیری از توقف کار و خسارت های اقتصادی و مالی کمک کند. برای دریافت مشاوره کافی است فرم زیر را پر کنید تا در اولین فرصت با شما ارتباط بگیریم. برای مشاهده مشتریان ما کافی است روی لوگوی بالا کلیک کنید 🙂