تعویض رزین های تبادل یونی و فیلترهای شنی و کربنی

4دسامبر

تعویض رزین های تبادل یونی و فیلترهای شنی و کربنی

رزین های تبادل یون چگونه کار می کنند؟

رزین های تبادل یونی از سه قسمت هستند: اسکلت پلیمری شبکه فضایی سه بعدی نامحلول، گروه عاملی یونی متصل به اسکلت و منفذ یونی قابل تعویض با بارهای مخالف بر روی گروه عاملی.

اسکلت پلیمری: از پلیمرهای متقاطع مانند پلی استایرن، پلی اکریلیک اسید و غیره تشکیل شده است.
گروه تبادل یونی: به اسکلت پلیمری متصل است و دارای گروه های عاملی یونی با یون های قابل تعویض مانند -SO3Na، -COOH، -N(CH3)3Cl و غیره یا گروه های عاملی غیریونی قطبی مانند -N است. (CH3)2، -N(CH3)H، و غیره.
منافذ: منافذ ساختار پلیمری (منفذ ژل) و منافذ (منفذ مویرگی) بین ساختارهای پلیمری است که در رزین های تبادل یونی خشک و مرطوب وجود دارد.

اصل رزین تبادل یونی فرآیندی است که رزین تبادل یونی نمک موجود در محلول را حذف می کند.

اصل رزین تبادل کاتیونی: کاتیون های فلزی (Na+، Ca2+، K+، Mg2+، Fe3+، و غیره) موجود در محلول آبی، تبادل یونی را با H+ (تولید شده از گروه های اسیدی مانند گروه اسید سولفونیک (-SO3H)، گروه کربوکسیل انجام می دهند. (-COOH) یا گروه فنل (-C6H4OH)) روی رزین تبادل کاتیونی، به طوری که کاتیون های موجود در محلول به رزین منتقل می شوند و H+ روی رزین به آب مبادله می شود.
اصل رزین تبادل آنیونی: آنیون‌ها (Cl-، HCO3-، و غیره) در محلول آبی با OH- (تولید شده از گروه‌های پایه شامل گروه‌های آمینه چهارتایی [-N(CH3)3OH] یا گروه‌های آمین مبادله می‌شوند. (-NH2)) روی رزین تبادل آنیونی، آنیون های موجود در آب به رزین منتقل می شوند و OH- روی رزین به آب مبادله می شود.

با استفاده از کلرید سدیم (NaCl) برای نشان دادن نمک های معدنی در آب، اصل کار رزین تبادل یونی به شرح زیر است:

رزین تبادل کاتیونی: R—H + Na+ —— R—Na + H+
رزین تبادل آنیونی: R—OH + Cl- —— R—Cl + OH-

فرمول واکنش کلی رزین تبادل کاتیونی و آنیونی را می توان به صورت زیر نوشت:

RH + ROH + NaCl——RNa + RCL + H2O

از معادله می توان دریافت که NaCl موجود در آب با H+ و OH- در رزین جایگزین است و محصول واکنش تنها H2O است، بنابراین اثر حذف نمک در آب حاصل است.

کاربردهای اصلی رزین های تبادل یونی بسیار گسترده است و عمدتاً در صنایع زیر توزیع می شود:

1.تصفیه فاضلاب

تقاضا برای رزین تبادل یونی در صنعت تصفیه فاضلاب زیاد است و حدود 90 درصد از تولید آن را تشکیل می دهد. در حال حاضر بیشترین مقدار رزین تبادل یونی در تصفیه آب خالص در نیروگاه های حرارتی و پس از آن انرژی اتمی، مواد نیمه هادی و صنایع الکترونیک استفاده می شود.

2.صنایع غذایی

رزین تبادل یونی را می توان در تجهیزات صنعتی مانند شکر، جوهر مرغ، شراب مخصوص و محصولات بیولوژیکی استفاده کرد. به عنوان مثال، تولید شربت فروکتوز برای استخراج نشاسته از ذرت، سپس هیدرولیز برای تولید فروکتوز و گلوکز و سپس انجام عملیات تبادل یونی برای تبدیل آن به شربت فروکتوز است. استفاده از رزین تبادل یونی در صنایع غذایی رتبه بعد از تصفیه فاضلاب را دارد.

3.صنعت داروسازی

رزین تبادل یونی در صنعت داروسازی نقش مهمی در توسعه داروهای ضد باکتری جدید و بهبود کیفیت داروهای ضد باکتری اصلی دارند. توسعه و طراحی موفقیت آمیز استرپتومایسین یک مثال برجسته است. در سال های اخیر تحقیقاتی نیز بر روی استخراج داروهای گیاهی چینی انجام میگیرد.

4.شیمی مولد و صنایع شیمیایی نفت خام

در شیمی آلی، اسیدها و بازها اغلب به عنوان کاتالیزور فلزی برای استری شدن، هیدرولیز، ترانس استریفیکاسیون، هیدراتاسیون و سایر واکنش ها استفاده می شوند. واکنش فوق با استفاده از رزین تبادل یونی به جای اکسید کننده قوی و قلیایی نیز قابل انجام است و دارای مزایای بیشتری است. این مزایا عبارتند از اینکه رزین می تواند به طور مداوم استفاد شود، محصول به راحتی جدا می شود، راکتور لوله ای خورد نمی شود، محیط زیست آلود نمی شود و واکنش به راحتی قابل کنترل است.

5.حفاظت از اکوسیستم

از رزین تبادل یونی در بسیاری از مسائل حفاظت از محیط زیست و حفاظت از محیط زیست بکار می گیرند. در حال حاضر، بسیاری از محلول‌ها یا غیرمحلول‌ها حاوی یون‌های مثبت سمی یا یون‌های غیر مثبت هستند که می‌توانند با رزین‌ها بازیافت شوند، مانند حذف کاتیون‌های فلزی در فاضلاب فرآیند آبکاری.