رزین کاتیونی ، انواع رزین کاتیونی

 رزین کاتیونی پرولایت

رزین های کاتیونی را برای حذف کاتیون ها از آب استفاده می کنند. رزین های کاتیونی نوعی از رزین های تبادل یونی هستند؛ رزین های تبادل یونی در صنعت و مصارف خانگی کاربرد های زیادی دارند مانند سختی گیر خانگی و سختی گیر موتور خانه که در این مقاله برخی از مهم ترین آنها را معرفی می کنیم.

پدیده تبادل یون برای اولین بار در سال 1850 و به دنبال مشاهده توانایی خاک‌های زراعی در تعویض برخی از یون‌ها مثل آمونیوم با یون کلسیم و منیزیم موجود در ساختمان آن‌ها گزارش شد. در سال 1870 با انجام آزمایش های متعددی ثابت شد که بعضی از کانی های طبیعی بخصوص زئولیت ها واجد توانایی انجام تبادل یون هستند.

در واقع به رزین‌های معدنی، زئولیت می‌گویند و این مواد یون های سختی آور آب (کلسیم و منیزیم) را حذف کرده و به جای آن یون سدیم آزاد می‌کردند از اینرو به زئولیت های سدیمی مشهور شدند. استفاده از زئولیت های سدیمی در تصفیه آب مزایای زیاد داشت چرا که از طرفی نیازی به حضور مواد شیمیایی نبود و از طرف دیگر اثرات جانبی نیز نداشتند.

آب سخت

آبی که به عنوان "سخت" توصیف شده حاوی مقادیر زیادی کلسیم محلول و منیزیم است. آب سخت می تواند کارایی و عمر تجهیزات را برای کاربردهای صنعتی و تجاری از رستوران ها گرفته تا پیش تیمارهای دیگ بخار و برج خنک کننده کاهش دهد. مشکلات مرتبط با آب سخت را می توان با استفاده از نرم کننده آب که یون های کلسیم و منیزیم دردسر را با سدیم که محلول کمتری است و از محلول رسوب نمی کند تشکیل داد تا رسوب ایجاد کند. مشکلات ناشی از سختی آب تنها به بخش صنعت مربوط نمی شود بلکه در مصارف خانگی هم آب سخت می تواند باعث ایجاد مشکلات کلیوی بشود. یا می تواند در شستشو با شوینده های صابونی نیز مشکل ایجاد کند و باعث ایجاد صابون های نامحلول بشود.

سختی آب تنها به کلسیم و منیزیم مربوط نمی شود و یون های دیگری هم در سخت شدن آب موثر هستند اما به این دلیل که این یون ها در تمام آب ها وجود ندارند و اگر هم وجود داشته باشند غلظت های بسیار پایینی خواهند داشت می توان از آنها صرف نظر نمود.

رزین‌ های موازنه کننده یون، ذرات جامدی هستند که می‌توانند یون‌های نامطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان از یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند. رزین‌ های تعویض یونی شامل بار مثبت کاتیونی و بار منفی آنیونی می‌باشد به گونه‌ای که از نظر الکتریکی خنثی هستند. نوع رزینی که برای حذف سختی از آب مورد استفاده قرار می گیرد معمولا رزین کاتیونی قوی در سیکل سدیم است که می تواند کلسیم و منیزیم آب را با سدیم جایگزین کند و بدین گونه سختی را از آب حذف کند.

موازنه کننده‌ها با محلول‌های الکترولیت این تفاوت را دارند که فقط یکی از دو یون، متحرک و قابل تعویض است به عنوان مثال، یک تعویض کننده کاتیونی سولفونیک دارای نقاط آنیونی غیر متحرکی است که شامل رادیکال‌های آنیونی SO23-می‌باشد که کاتیون متحرکی مثل H+ یا Na+ به آن هستند.

کاتیون رزین

این کاتیون‌ های متحرک می‌توانند در یک واکنش تعویض یونی شرکت کنند به همین صورت یک تعویض کننده آنیونی دارای نقاط کاتیونی غیر متحرکی است که آنیون‌های متحرکی مثل Cl- یا OH- به آن متصل می‌باشد. در اثر تعویض یون، کاتیون ها یا آنیون‌های موجود در محلول با کاتیون رزین و آنیون‌های موجود در رزین تعویض می‌شوند، به گونه‌ای که هم محلول و هم رزین از نظر الکتریکی خنثی باقی می‌ماند. در اینجا با تعادل جامد مایع سروکار داریم بدون آنکه جامد در محلول حل شود.

بدون اطلاع از شرایط کارکرد هر صنعت ، نمی توان گفت که کدام ساختار رزین کاتیونی یا آنیونی "بهتر" است. رزین کاتیونی و آنیونی "بهتر" همان رزینی خواهد بود که دارای ویژگی های عملیاتی باشد که با پارامترهای عملکرد صنعت مطابقت داشته باشد، بنابراین بهره وری عملیاتی و مقرون به صرفه بودن را به حداکثر می رساند.

واکنش های تولید رزین کاتیونی

---

برای آنکه یک تعویض کننده یونی جامد مفید باشد باید دارای شرایط زیر باشد

• خود دارای یون باشد
• در آب غیر محلول باشد
• فضای کافی در شبکه تعویض یونی داشته باشد، بطوریکه یون‌ها بتوانند به سهولت در شبکه جامد رزین وارد و یا از آن خارج شوند

رزین كاتیونی در اثر واکنش فنل و یا مشتقات آن با فرمالدئید و سپس سولفونه کردن آن‌ها به کمک سولفوریک اسید به حالت توده‌ای تهیه شدند که آنها را خرد و غربال می کردند و مورد استفاده قرار می‌دادند. این گونه رزین‌ ها نیز از سولفونه کردن پلی استیرن تهیه گردیدند. هرگاه در پلیمریزاسیون امولسیونی پلی استایرن مقداری دی وینیل بنزن افزوده گردد پلی مری با ساختار شبکه ای تولید می‌گردد که در اثر سولفونه کردن آن، رزین كاتیونی قوی تهیه می‌گردد.

برای استعلام قیمت، مشاوره و خرید رزین های کاتیونی از جمله رزین سختی گیر با کارشناسان ما در این زمینه تماس حاصل فرمایید.

هرگاه به جای گروه سولفونیک اسید گروه کربوکسیلیک اسید (-COOH) جانشین شود، رزین كاتیونی ضعیف ، تولید می‌گردد ولی روش ساده‌تر برای تهیه این رزین‌ ها ترکیب متا كریلیک اسید با دی وینیل بنزن می‌باشد.

پرکاربردترین رزین کاتیونی در صنعت آب و فاضلاب رزین کاتیونی سدیمی می باشد که در واحد سختی گیری برای از بین بردن سختی آب استفاده می شود. این نوع رزین که از نوع کاتیونی است توسط تمامی شرکت های تولید کننده رزین تصفیه آب در دنیا اعم از پرولایت، لواتیت،امبرلایت،کنف تک، هیدرولایت، آکوالایت،و... تولید می شود.

رزین های كاتیونی معمولا به دو دسته تقسیم می‌شوند

---

• رزین كاتیونی قوی SAC) Strong acidic Cation )
• رزین كاتیونی ضعیف WAC) Weak acidic Cation)

رزین کاتیونی قوی

این نوع از رزین های کاتیونی قابلیت حذف تمامی کاتیون ها از آب را دارا می باشند پر مصرف ترین رزین در این بخش رزین های سیکل سدیم برای سختی گیری می باشد. در مجموع از این رزین برای حذف سختی آب و مواد معدنی آب استفاده می شود و ظرفیت تبادل یونی آن به PH وابسته نمی باشد. پر مصرف ترین رزین کاتیونی رزین سختی گیر می باشد که در سیکل سدیم فعالیت می کند و از آن برای جایگزینی یون های کلسیم و منیزیم با یون سدیم استفاده می شود.

رزین های سختی گیر پرکاربرد در ایران رزین پرولایت C100 و C100E می باشند که برای سختی گیری آب چه در صنعت و چه برای آشامیدن از آنها استفاده می شود. پر استفاده ترین برند های رزین در ایران برند های پرولایت، هیدرولایت، پترولایت و امبرلایت هستند که در رزین های تولیدی یکسان هستند اما در نام های تجاری که برای انواع رزین هایشان انتخاب می کنند متفاوت اند.

کاربرد رزین کاتیونی قوی

از کاربرد های رزین کاتیونی قوی می توان به سختی گیری با رزین کاتیونی سیکل سدیم، تولید آب دیون یا دیونیزه با رزین کاتیونی قوی سیکل هیدروژن که در دو نوع تولید می شود اشاره نمود. رزین ها در صنایع متفاوت دارای کاربرد های بسیار گسترده ای هستند که موارد ذکر شده گوشه ای از کاربرد رزین تبادل یونی از نوع کاتیونی است.

از یکی از انواع رزین کاتیونی قوی برای تولید آب دیون استفاده می کنند. در دیونایزر ها از رزین کاتیونی قوی در سیکل هیدروژن استفاده می کنند تا کاتیون های موجود در آب را با یون هیدروژن مبادله نماید. همانطور که اشاره شد این رزین در دو نوع تولید می گردد نوع اول مخصوص دیونایزر های دو ستونی و نوع دوم مختص ستون های میکس بد احیا شونده است.

رزین کاتیونی سختی گیر

Ca(HCO₃)₂ OR MgSO₄ + 2ZSO₃H -----> Ca²⁺+2H₂CO₃ OR Mg²⁺ + H₂SO₄

رزین های کاتیونی در کل در دو چرخه عمل تبادل یون ها را انجام می دهند یا در چرخه سدیم و یا در چرخه هیدروژن

از رزین کاتیونی قوی سیکل هیدروژن برای تولید آب دیونیزه ( آبی که تمام یون های آن حذف شده باشد) استفاده می کنند. این نوع از رزین کاتیونی به همراه رزین آنیونی قوی سیکل هیدروکسید در دیونایزر ها این عمل را انجام می دهند. رزین کاتیونی یون هیدروژن و رزین آنیونی یون هیدروکسید را وارد آب می کند و یون های آب را از آن می گیرد. یون های هیدروژن و هیدروکسید نیز نهایتا ترکیب شده و آب به وجود خواهند آورد.

رزین کاتیونی ضعیف

Mg(HCO3)2 OR Ca(HCO3)2 + 2ZCOOH -----> (ZCOO)2+ + Mg(ZCOO)2+Ca + 2H2CO3

مزیت رزین‌های کاتیونی ضعیف بازدهی بالای آن‌ها در مقایسه با رزین كاتیونی قوی می‌باشد، در نتیجه باعث تولید پساب کمتر در احیاء مکرر می‌گردد. اصولا زمانی که هدف جداسازی کلیه کاتیون های آب است بکارگیری توأم رزین کاتیونی قوی و ضعیف اقتصادی تر از بکارگیری رزین كاتیونی قوی می‌باشد.

نحوه عملکرد رزین کاتیونی

در سختی گیر تعویض یونی، رزین كاتیونی سدیمی وجود دارند که یون‌های سختی آور آب (کلسیم و منیزیم) با سدیم رزین تعویض می‌شوند که در نتیجه آب بدون سختی تولید می‌شود چون یون سدیم بسیار محلول است از این رو خطر تشکیل رسوب از بین می‌رود. این تعویض یون سدیم رزین با یون‌های کلسیم و منیزیم آب ورودی آنقدر ادامه می‌یابد که رزین نیاز به احیاء داشته باشد.

رزین کاتیونی سدیمی برای سختی گیری آب استفاده می شود. این رزین می تواند سختی آب را تا صفر کاهش دهد اما به دلیل تعویض یون های سختی آور با سدیم TDS آب را کاهش نمی دهد.

در زمان سرویس سختی گیر، واکنش زیر انجام می‌شود

رزین كاتیونی سدیمی از نوع قوی نه فقط کاتیون های مولد سختی آب بلکه همه‌ی یون‌های فلزی را با سدیم تعویض می‌کنند. ترتیب گزینش نسبی کاتیون ها برای جذب به وسیله تعویض کننده کاتیونی قوی به شکل زیر می‌باشد:

Th⁴⁺>Fe³⁺>Fe²⁺>Ca²⁺>Mg⁺>NH⁴⁺>K⁺>H⁺

احیای رزین کاتیونی قوی

رزین کاتیونی قوی سدیمی پس از تبادل یون ظرفیت خود را از دست می دهد برای بازگشت ظرفیت، آن را احیا می کنند. برای احیای رزین قوی در سیکل سدیم باید از ماده ای استفاده کرد که سدیم از دست رفته رزین را به آن باز گرداند. همانطور که می دانید رزین کاتیونی سختی گیر در سیکل سدیم فعالیت می کند و احیای آن تنها نیازمند تامین سدیم از دست رفته دانه های رزین است.

برای احیاء این نوع رزین‌ها کافی است که رزین را با آب نمک شستشو دهیم که در طی آن یون‌های منیزیم و کلسیم محبوس در شبکه رزین با سدیم نمک تعویض می‌شوند. در پایان کار احیاء، رزین را با آب تازه می‌شویند تا نمک اضافی حذف شده و دستگاه آماده سرویس گردد. توجه شود که هرگز از فاضلاب احیا برای شستشوی بستر، پرکردن مخزن نمک یا ترقیق ماده احیا کننده و... استفاده نکنید.

برای انجام فرآیند احیای سختی گیر باید مراحل زیر را انجام داد

1. شستشوی معکوس
2. احیا با مکش آب نمک
3. پر کردن مخزن نمک
4. شستشوی سریع

شستشوی معکوس رزین

---

در مرحله شستشوی معکوس یا بکواش آب از پایین وارد بستر رزین می شود و با فشار خود آنها را از هم جدا و بلند می کند اگر ماده ناخالصی در بستر رزین باشد آن را نیز خارج می کند. شستشوی معکوس با هدف تمیز کردن بستر و مهم تر از آن انبساط بستر انجام می شود. انبساط بستر رزین بدین معنا است که دانه های رزین که در اثر فشار آب و وزن ستون آب از بالا به هم چسبیده است اکنون با فشار در جهت معکوس از هم جدا شوند. این عمل باعث می شود فرآیند احیا با بازده بالاتری انجام پذیرد.

همواره باید فشار آب ورودی را در حد استاندارد نگاه داشت تا رزین هم در مرحله سرویس و هم در مراحل شستشو به خوبی کار کند و فرآیند احیا درست و کامل باشد.

مکش آب نمک

---

در این مرحله از مخزن آب نمک در کنار سختی گیر ؛ آب نمک مکش شده و در بستر رزین سدیم از دست رفته را به دانه های رزین باز می گرداند. حجم مخزن نمک که آب نمک در آن ساخته می شود بر اساس ظرفیت سختی گیر تعیین می شود. نمک موجود در مخزن آب نمک باید نمک صنعتی بدون ید باشد تا در حین انجام عملیات احیا به رزین آسیبی وارد نشود.

در زمان احیاء با نمک طعام، رزینی که پر از یون‌های کلسیم است دوباره به صورت رزین سدیمی در می‌آید:

با وجود اینکه هرچه نمک طعام بیشتری در موقع احیای رزین بکار رود، ظرفیت رزین افزایش می‌یابد ولی این بدان معنا نیست که مثلاً با دو برابر کردن مقدار نمک طعام در موقع احیاء ظرفیت رزین هم دو برابر خواهد شد.

برخی از کاربردهای رزین‌ها

با رزین كاتیونی چه نوع هیدروژنی و چه نوع سدیمی می‌توان آهن و منگنز را همچون بقیه کاتیون ها حذف کرد اما به علت امکان آلوده شدن رزین‌ها معمولاً مشکلاتی داشته و باید نکاتی را رعایت کرد.

اولاً باید دقت کرد که قبل از حذف یون آهن توسط رزین هیچ هوایی با آب در تماس قرار نگیرد چون در اثر مجاورت با هوا، آهن و منگنز محلول در آب اکسیده شده غیر محلول در می‌آیند و در نتیجه روی ذرات رزین رسوب کرده و باعث آلوده شدن رزین می‌گردد.

با استفاده از رزین‌های تبادل یونی می‌توان لیزین را که جز اسید آمینه ضروری مورد نیاز رژیم غذایی خوک‌ها، ماهیان و سایر گونه‌های حیوانی می‌باشد، را خالص کرد. دلیل اهمیت تخلیص این اسید آمینه، نزدیکتر شدن رژیم غذایی حیوانات به نیازمندی‌های آنها در مصرف مواد خام و ... است با توجه به اینکه مقدار لیزین در دانه ها‌، بخصوص غلات ناچیز می‌باشد.

• حذف سیلیکا از آب‌های صنعتی با استفاده از رزین‌های آنیونی قوی
• حذف آمونیاک از هوا بوسیله زئولیت های طبیعی اصلاح شده (کلینو تپلولیت)

دانسیته رزین کاتیونی و آنیونی

می توان به جرات گفت که پرکاربردترین زرین در حوزه تصفیه آب رزین کاتیونی C100 / C100E است که برای حذف یون های کلسیم و منیزیم موجود در آب که عامل ایجاد سختی هستند استفاده می گردد.

سختی گیری آب با TDS بالا

همانطور که میدانید سختی گیر رزینی برای آب با شوری بالا کاربردی ندارد و دلیل آن اشباع بودن آب از یون های مختلف است که تبادل یونی رزین را مختل می کند. البته باید توجه داشت این موضوع در صورتی است که رزین های مورد استفاده در سختی گیر از نوع C100 / C100E باشد. برای سختی گیری آب با TDS بالا باید از رزین C150PLUS استفاده نمود. حداکثر TDS  توصیه شده برای رزین های کاتیونی پرولایت C100 و یا C100E برای حذف سختی آب TDS <1000 می باشد. 

باید توجه داشت که ظرفیت رزین کاتیونی برای آب با TDS های مختلف متفاوت خواهد بود، بعنوان مثال اگر ظرفیت رزین برای آبی با TDS = 200 برابر 2 eq/l باشد قطعا برای TDS =500 کمتر از 2eq/l خواهد بود. برای بدست آوردن ظرفیت دقیق رزین در TDS های مختلف منتظر بروز رسانی های بعدی این مقاله باشید.

ظرفیت اکیوالانی رزین کاتیونی C100 برابر 2 eq/l و نیز ظرفیت رزین C100 E برابر 1.9 eq/l می باشد

منبع: اصول تصفیه آب چالکش امیری

انواع رزین های کاتیونی و آنیونی

رزین های پرکاربرد در تصفیه آب :

رزین کاتیونی قوی در سیکل سدیم گرید C100  مخصوص استفاده در سختی گیر های رزینی صنعتی

رزین کاتیونی قوی در سیکل سدیم گرید C100E مخصوص استفاده در سختی گیر های رزینی خانگی و بهداشتی با گرید غذایی

رزین کاتیونی قوی در سیکل هیدروژن گرید C100H مورد استفاده در ستون کاتیونی دیونایزر

رزین آنیونی قوی در سیکل هیدروکسید گرید A400OH مورد استفاده در ستون آنیونی دیونایزر

رزین آنیونی قوی در سیکل کلراید گرید A400Cl مورد استفاده در ستون آنیونی دیونایزر

رزین آنیونی حذف نیترات A520E

 رزین آنیونی رنگبر شربت قند A500PS

 رزین میکس بد پرولایت MB 400

رزین میکس بد پرولایت UCW 3600 

شرکت زادآب تولید کننده انواع تجهیزات و مواد شیمیایی تصفیه آب و فاضلاب می باشد. برای استعلام قیمت، مشاوره و خرید محصولات و مواد شیمیایی؛ با کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید.

021-55256411-12

09223345280

نوشتن دیدگاه

نام (اجباری)

آدرس پست الکترونیکی (اجباری است اما نمایش داده نمی‌شود)

مرا برای دیدگاه‌های بعدی به یاد بسپار

تصویر امنیتی جدید

ارسال

لغو