شما اینجا هستید: برگ نخسترزین آنیونی و کاتیونی

رزین آنیونی و کاتیونی

رزین تبادل یونی آنیونی و رزین تبادل یونی کاتیونی

رزین تبادل یونی آنیونی و کاتیونی چیست؟

رزین تبادل یونی آنیونی و کاتیونی برای حذف یون های نامطلوب از محلول ها و گازها در فرایندهای مختلف مانند تصفیه آب (در تجهیزات سختی گیر و دیونایزر)، تصفیه فاضلاب، حذف نیترات از منابع آبی آلوده، جداسازی کروماتوگرافیک، خشک کردن مواد، فرایندهای خالص سازی و ... به کار می رود. فرایند تبادل یونی به تعویض یون ها بین ماده جامد رزین و محیط مایع گفته می شود که در آن تغییر پایدار در ساختار رزین جامد روی نمی دهد و فرایند برگشت پذیر می باشد. رزین های مبادله کننده یون برای تصفیه آب و فاضلاب و جداسازی مواد نامطلوب در بسیاری از فرایندها استفاده می شود.

رزین های تبادل یونی به دلیل مزایای زیر برای حذف آلودگی ها مناسب می باشند:

1- رزین های تبادل یونی ظرفیت و بازدهی بالایی برای حذف یون های با غلظت های پایین دارند.
2- رزین ها پایدار هستند و می توانند به راحتی بازیافت شوند.
3- رزین ها در محدوده گسترده ای از دما پایدار هستند.
4- رزین های تبادل یونی در واحدهای کوچک و بزرگ قابل استفاده است.
5- فرایند تبدل یونی با استفاده از رزین های کاتیونی و انیونی، فرایندی برگشت پذیر است.

رزین های تبادل یونی عمدتا مواد پلیمری غیرمحلولی هستند که با روش پلیمریزاسیون تعلیقی (Suspension Polymerization) با استفاده از استایرن (Styrene) و دی وینیل بنزن (Divinylbenzene, DVB) ساخته می شود و حامل گروه های عاملی قابل تبادل می باشند. این یون ها می توانند با مقدار معادل استوکیومتری از یون هایی با بار مشابه مبادله و جایگزین شوند.

در فرایند تولید رزین های تبادل یونی آنیونی و کاتیونی ترکیبات آلی پلیمریزه می شوند تا ماتریکس سه بعدی متخلخلی تشکیل دهند. یک ماده شیمیایی به عنوان عامل ایجاد پیوندهای متقابل در طی فرایند پلیمریزاسیون (Polymerization) اضافه می شود (مانند دی وینیل بنزن) تا ساختار سه بعدی رزین تولید شود. در نهایت رزین به صورت شیمیایی فعال می شود که شامل واکنش ماتریکس پلیمری با ترکیبی است که حاوی گروه عاملی با قابلیت تعویض یونی می باشد (مانند سولفوریک اسید که گروه عاملی سولفونیک را به همراه دارد).

در شکل زیر واکنش تولید رزین تبادل یونی کاتیونی با استفاده از استایرن و دی وینیل بنزین نشان داده شده است.
تولید رزین تبادل یونی کاتیونی با استفاده از استایرن و دی وینیل بنزین
انواع رزین های تبادلی

رزین های تبادلی شامل دو دسته کلی رزین های تبادلی کاتیونی و رزین های تبادل آنیونی می باشند. رزین های حاوی کاتیون های قابل تبادل، رزین کاتیونی نامیده می شوند و رزین های حاوی آنیون های قابل تبادل، به عنوان رزین های آنیونی شناخته می شوند. رزین های یونی قوی دارای گروه های عاملی بسیار یونیزه شده هستند و در نتیجه می توانند در هر pH به راحتی گروه H+ یا OH- خود را مبادله کنند. رزین های تبادل یونی ضعیف مانند اسید ها و بازهای ضعیف مقداری یونیزه شده اند، مگر اینکه در pH بالای 7 (برای رزین کاتیونی اسیدی ضعیف) و یا زیر 7 (برای رزین آنیونی بازی ضعیف) قرار گیرند.

گروه های عاملی که در رزین های تبادل یونی وجود دارند به شرح زیر هستند:

- رزین تبادل یونی کاتیونی اسیدی قوی: گروه عاملی سولفونیک (R-SO3H)
- رزین تبادل یونی آنیونی بازی قوی: گروه عاملی آمونیوم (R-R3N+OH-)
- رزین تبادل یونی کاتیونی اسیدی ضعیف: گروه عاملی کربوکسیل (R-COOH)
- رزین تبادل یونی آنیونی بازی ضعیف: گروه عاملی آمین (R-NH3OH)

انواع رزین های تبادلی در شکل زیر نشان داده شده اند:

انواع رزین تبادل یونی آنیونی و کاتیونی

رزین تبادل یونی کاتیونی چیست؟

رزین های حاوی کاتیون های قابل تبادل، رزین کاتیونی نامیده و به دو دسته عمده رزین کاتیونی قوی و رزین کاتیونی ضعیف تقسیم می شوند.

رزین کاتیونی اسیدی قوی (Strong Acid Cation Resin)

رزین های اسیدی قوی رفتاری مشابه اسیدهای قوی دارند. رزین هایی بر پایه پلی استایرن به همراه گروه سولفونیک اسید (SO3H-) به عنوان گروه عاملی هستند و از نظر ساختاری در دو فرم هیدروژنی با فرمول شیمیایی R-SO3H و فرم سدیمی با فرمول شیمیایی R-SO3Na موجود می باشند. واکنش تبادل در رزین کاتیونی اسیدی قوی به صورت زیر است:

فرمول شیمیایی واکنش تبادل در رزین کاتیونی اسیدی قویرزین های کاتیونی اسیدی قوی برای حذف سختی آب و حذف مواد معدنی آب استفاده می شود. رزین کاتیونی قوی می تواند با تمامی کاتیون ها تبادل یونی داشته باشد و ظرفیت تبادل یونی آن وابسته به pH نمی باشد. رزین های کاتیونی قوی مصرف شده قابل بازیابی و احیا هستند. احیا در فرم هیدروژنی با استفاده از یک اسید قوی (مانند HCl) و احیا در فرم سدیمی با استفاده از محلول سدیم کلرید (NaCl) انجام می شود.

رزین کاتیونی اسیدی ضعیف (Weak Acid Cation Resin)

رزین هایی بر پایه اکرلیک به همراه گروه کربوکسیلیک اسید (COOH-) به عنوان گروه عاملی هستند و فرم هیدروژنی و ساختار R-COOH دارند. رزین های کاتیونی اسیدی ضعیف رفتاری مشابه اسیدهای ضعیف دارند و مشابه اسیدهای ضعیف به مقدار جزئی تجزیه می شوند. این رزین ها می توانند در کنار رزین های کاتیونی قوی استفاده شده و بازدهی بالایی در حذف حاصل کنند. رزین های کاتیونی ضعیف می توانند سختی مرتبط با قلیاییت را حذف کند. واکنش تبادل در رزین کاتیونی اسیدی ضعیف به صورت زیر است:
فرمول شیمیایی واکنش تبادل در رزین کاتیونی اسیدی ضعیفبازیافت و بازیابی رزین های کاتیونی ضعیف با بازدهی بالا قابل انجام است. رزین های کاتیونی ضعیف تمایل بالایی نسبت به یون های هیدروژن دارند و در نتیجه احیای آنها به سادگی با استفاده از مقدار استوکیومتری از اسید صورت می گیرد.

رزین تبادل یونی آنیونی چیست؟

رزین های حاوی آنیون های قابل تبادل، به عنوان رزین های آنیونی شناخته و به دو دسته عمده رزین انیونی قوی و رزین انیونی ضعیف تقسیم می شوند.

رزین آنیونی بازی قوی (Strong Base Anion Resin)

رزین های تبادل آنیونی قوی قابلیت حذف تمامی آنیون ها از آب را دارد. رزین های تبادل آنیونی قوی بر اساس ماهیت گروه های عاملی و نوع آمین مورد استفاده در طی فرایند فعال سازی شیمیایی به دو دسته کلی نوع (I) و نوع (II) تقسیم می شوند. در نوع (I) در گروه عاملی آمونیوم سه گروه متیل وجود دارد درحالیکه در نوع (II) یکی از گروه های متیل با گروه اتانول جایگزین شده است. واکنش تبادل در رزین آنیونی بازی قوی به صورت زیر است:


فرمول شیمیایی واکنش تبادل در رزین آنیونی بازی قوی

رزین آنیونی بازی ضعیف (Weak Base Anion Resin)

رزین تبادل آنیونی ضعیف دارای گروه عاملی آمین است. خاصیت بازی و قلیاییت بسیار کمتری نسبت به رزین آنیونی قوی دارد. واکنش تبادل در رزین آنیونی بازی ضعیف به صورت زیر است:

فرمول شیمیایی واکنش تبادل در رزین آنیونی بازی ضعیف

رزین های آنیونی ضعیف نمی توانند سیلیکا را از آب حذف کند. این رزین ها آنیون هایی مرتبط با اسیدهای معدنی را می توانند حذف کنند اما قادر به حذف آنیون های مرتبط با اسیدهای ضعیف (مانند کربنیک اسید، سیلیسیک اسید) نمی باشند. رزین های آنیونی ضعیف با استفاده از مقدار استوکیومتری از عامل احیاکننده مجددا بازیابی شود.

کاربردهای رزین تبادل یونی

انتخاب رزین مناسب بر اساس کیفیت مورد نظر برای آب انجام می شوند و سپس در ستون های مورد نظر قرار می گیرند. کاربردهای گسترده رزین های تبادل یونی شامل موارد زیر می شود:

- حذف سختی آب و در تجهیزات سختی گیری آب
- دی آلکالیزاسیون (Dealkalization) و یا حذف جزئی مواد معدنی (Partial Demineralization)
- حذف مواد معدنی (همراه و یا بدون حذف سیلیکا)
- بستر مختلط (Mixed Bed)
- حذف نیترات و فلوراید
- حذف فلزات سنگین
- حذف رنگ، مواد آلی
- جداسازی کروماتوگرافیک
- کاربردهای فرایندی
- صنایع دارویی
- صنایع غذایی و نوشیدنی
- حذف و بازیافت رنگ در صنعت نساجی
- نیروگاه ها
- نیروگاه های هسته ای
- بازیابی و جداسازی فلزات باارزش
- کاربرد به عنوان کاتالیست در برخی فرایندها

ویژگی های فیزیکی رزین های تبادل یونی

مواد تبادل یونی به فرم کروی و یا گاهی گرانول با اندازه و یکنواختی مشخصی برای کاربردهای گوناگون تولید می شوند. بیشتر رزین های تبادل یونی به فرم کروی هستند و توزیع اندازه ذراتی بین 0/3 الی 1/2 میلیمتر (مش 50-16) دارند. رزین ها در حالتی که با آب متورم شده باشند، وزن مخصوصی برابر با 1/1- 1/5 دارند. چگالی بالک برای محصولات رزینی خیس عموما در محدوده 560 تا 960 میلیگرم بر لیتر (lb/ft3 35- 60) می باشد.

ویژگی های شیمیایی رزین های تبادل یونی

1- تورم پذیری رزین تبادل یونی:

رزین های تبادل یونی تمایل به جذب رطوبت دارند. مقدار رطوبت جذب شده توسط رزین تبادل یونی به پیوندهای متقابل و گروه عاملی در ساختار آن وابسته می باشد. رزین های ژله ای با پیوندهای متقابل کم و گروه های عاملی سولفونیک اسید یا آمونیوم، محتوی مقادیر زیادی آب هستند که منجر به تورم آنها می شود. تورم و انقباض های پی در پی موجب کاهش عمر رزین تبادل یونی می شود.

2- ظرفیت رزین تبادل یونی:

طرفیت تبادل یونی برابر است با تعداد یون هایی که توسط یک واحد وزنی (وزن خشک/ وزن تر) و یا حجمی (حجم تر) از رزین جذب می شوند. در اندازه گیری طرفیت رزین بر پایه وزن خشک، وجود پیوندهای متقابل در ساختار رزین تبادل یونی موجب کاهش گروه های عاملی چسبیده به سطح و در نتیجه کاهش ظرفیت می شود.

3- اندازه ذره در رزین تبادل یونی:

رزین های تبادل یونی در اندازه ذرات و اندازه بستر مختلف ارائه می شوند. رزین های تبادل یونی متداول به فرم بسترهای کروی پلی دیسپرس با توزیع اندازه ذرات بین 0/25 – 1/25 میلیمتر و یا اندازه ذرات یکنواخت تولید می شوند. ذرات کوچکتر سینتیک واکنش تبادل یونی را بهبود می دهند اما منجر به افزایش افت فشار آب و کاهش شدت جریان می شوند.

4- پایداری رزین تبادل یونی:

پایداری مکانیکی یا پایداری فیزیکی رزین های تبادل یونی عمدتا تحت تاثیر سختی ساختار پلیمری و تناوب سیکل های تورم و انقباض در رزین های تبادل یونی می باشد. عواملی مانند ته نشین شدن مواد (مانند هیدروکسید آهن) و گرفتگی حفرات رزین تبادل یونی، شکستن ساختار پلیمری رزین تبادلی، تغییر شکل گروه های عاملی و در نتیجه کاهش ظرفیت تبادل یونی منجر به تجزیه شیمیایی رزین های تبادل یونی می شود.

معیارهای ارزیابی عملکرد رزین های تبادل یونی

رزین های تبادل یونی کاربردهای گسترده و مختلفی دارند. بنابراین معیارها و ضوابطی که بر عملکرد رزین های تبادل یونی حاکم هستند باید در انتخاب توع رزین مناسب برای فرایند در نظر گرفته شوند. معیارهای رزین تبادل یونی مناسب در ادامه آورده شده است:

- رزین تبادل یونی در آب و محلول های آلی غیر محلول باشد و همچنین در محیط های اسیدی، بازی و اکسیدکننده مختلف پایدار باشد.
- رزین تبادل یونی باید از نظر فیزیکی سخت باشد تا قادر به تحمل تنش و فشار مکانیکی باشد.
- ساختار مولکولی رزین تبادل یونی در مقابل یون ها و مولکول های حلال باز باشد به صورتیکه مولکول ها و یون ها بتوانند در طی فرایند تبادل یونی وارد و خارج شوند.
- پایداری حرارتی رزین تبادل یونی بالا باشد تا در فرایندهایی که در دمای بالا انجام می شود بازدهی و عملکرد مناسب ارائه نماید.
- بازیابی و احیای رزین تبادل یونی بدون افت محسوس عملکرد آن قابل انجام باشد.

برای مطالعه در خصوص مشکلاتی که ممکن است عملکرد رزین تبادل یونی کاتیونی و آنیونی را کاهش دهد بر روی لینک کلیک فرمایید.

اطلاعات ارائه شده در وبسایت کلی می باشد. جهت دریافت اطلاعات بیشتر در خصوص شیمی رزین های آنیونی و کاتیونی، تفاوت رزین آنیونی و کاتیونی, فروش رزین کاتیونی و آنیونی, رزین کاتیونی پرولایت, قیمت رزین آنیونی, قیمت رزین کاتیونی، قیمت رزین پرولایت, قیمت رزین تصفیه آب, رزین اپوکسی شفاف, رزین شفاف, رزین پلی استایرن, رزین پلی استر, رزین فنولیک, رزین اکریلیک, انواع رزین تصفیه آب, رزین آنیونی و کاتیونی پرولایت, رزین میکس بد, رزین تبادل یونی بستر مختلط و ... می توانید با کارشناسان شرکت ابنیه پایدار سبز تماس گرفته و از اطلاعات بیشتر برخوردار گردید.

سایر تجهیزات تصفیه فاضلاب

سایر مواد شیمیایی موجود

شرکت ابنیه پایدار سبز

آدرس:

تهران، بلوار میرداماد، میدان مادر، خیابان شاه نظری،کوچه دوم، پلاک 35، واحد 4 - طبقه دوم

تلفن:

22227849
22261233
26423930

فکس:

22264993
26423668

کد پستی:

1547936515