تبادل یونی در تصفیه آب
یکی از روش های معمول و متداول تصفیه آب استفاده از روش تبادل یونی می باشد. روش تبادل یونی در تصفیه آب یک فرآیند تصفیه آب است که یونهای معینی در مواد تبادلی غیر محلول با یونهای گوناگون موجود در محلول جایگزین میشود.
در نرم‌سازی آّب شهری، یونهای سدیمی رزین تبادل کاتیونی جایگزین کلسیم و منیزیم در آب تصفیه شده میشود و در واقع موجب میشود تا از سختی آب کم شود. در واقع از تبادل یونی در تصفیه فاضلاب برای از بین بردن نیتروژن، فلزات سنگین و کل جامدات محلول درآب استفاده میشود.
روش تبادل یونی به دو صورت است:
1- فرآیند تبادل یونی پیوسته :
مواد تبادلی در یک بستر یا ستون آکنده جایگذاری شده و آب تصفیه شونده از میان آن عبور می‌کند.
2- فرآیند تبادل یونی ناپیوسته :
در حالت نا پیوسته، رزین در یک راکتور با آب تصفیه شونده تماس داده میشود تا واکنش کامل شود.
در صنایع برای اعمال موارد زیر از فرایند تبادل یونی استفاده میشود:
- تولید آب بدون یون (Demineralization)
- حذف سختی آب
- حذف کاتیون های خارجی از آب
- حذف قلیائیت
- بازیابی مجدد آب در صنایع فلزی
- حذف نیترات و سولفات
- بازیابی و یا جداسازی مواد دارویی
- بازیابی فلزات با ارزش در صنایع فلزی
کاربرد فرآیند تبادل یونی
روش تبادل یونی مورد استفاده در بسیاری از صنایع با کاربرد های متفاوت است که عبارتند از:
- استفاده در صنایع غذایی و نوشیدنی ها
- استفاده در صنایع شیمیایی و پتروشیمی
- استفاده در صنایع دارویی
- استفاده در صنایع هسته ایی
- استفاده در صنابع تصفیه فاضلاب
- استفاده در تصفیه آبهای زیرزمینی
تعریف فرآیند تبادل یونی یا تعویض یونی
در تعریف فرآیند تبادل یونی یا تعویض یونی باید بدانید که در واقع یک فرآیند شیمیایی است که یک واکنش برگشت پذیر بین یون های فاز مایع و یون های فاز جامد است.
رزین تبادل‌کننده یون مورد استفاده در فرایند تبادل یونی
رزین‌های تبادل یونی، پلیمرهای غیر محلول در آب هستند که می‌توانند یونهای خود را با یونهای محلول در آب تبادل کنند. این رزین‌ها می‌توانند به صورت‌های کاتیونی، آنیونی یا ترکیبی باشند. خصوصیات مهم رزین‌های تبادل یونی شامل ظرفیت تبادلی، اندازه ذات و پایداری هستند.
“نکته بسیار مهمی که در مورد سختی گیری با رزین تبادل یونی وجود دارد، این است که طبق آنچه در مورد عملکرد رزین در این فرآیند گفته شد، عملاً یونهای سختی با یون سدیم جایگزین می شوند. بنابراین، در سختی گیر رزینی هر چند مقدار سختی کل آب کاهش می یابد، اما مقدار کل املاح موجود در آب که معمولاً با شاخص TDS اندازه گیری می شود، تغییر قابل ملاحظه ای نمی کند. در این فرآیند تنها ترکیب املاح در آب تغییر می کند.”
رزین‌های کاتیونی
رزین‌های کاتیونی یون مثبت موجود در آب را حذف می‌کنند که به دو گروه زیر تقسیم می‌شوند:
- رزین‌های کاتیونی قوی (SAC) Strong Acid Cation
رزین‌های اسیدی قوی مشابه یک اسید قوی رفتار می‌کنند و در هر دو شکل اسیدی (R-SO3H) و نمکی (R-SO3Na) به شدت در محدود کامل pH یونیزه می‌شوند.
- رزین‌های کاتیونی ضعیف (WAC) Weak Acid Cation
مبدل‌های کاتیونی اسیدی ضعیف یک گروه عامل اسیدی ضعیف ( -COOH)، معمولا گروه کربوکسیلیک دارند. این رزین‌ها مشابه اسیدهای آلی ضعیف رفتار می‌کنند که به شکل ضعیفی تجزیه می‌شوند.
از آنجایی که یکی از اهداف اصلی از تصفیه آب، نرم کردن و یا حذف مواد معدنی آن می‌باشد، از رزین‌های SAC برای نرم کردن آب جهت مصارف مسکونی، تجاری و صنعتی استفاده میشود. به این طریق که این رزین‌ها، Ca2+ وMg2+ موجود در آب را جذب کرده وNa+ را آزاد می‌کنند. که با حذف این یون‌ها سختی آب کاهش یافته و میزان سدیم آن افزایش پیدا می‌کند.
رزین‌های WAC عمدتا برای از بین بردن قلیاییت و یا کاربردهای خاص استفاده می‌شوند. از آنجایی که این رزین‌ها سختی و قلیاییت را با یون هیدروژن جابه‌جا می‌کنند، باعث ایجاد خاصیت اسیدی در آب می‌شوند.
رزین‌های آنیونی
رزین‌های آنیونی یونهای موجود در آب که بار منفی دارند را حذف می‌کنند و به دو گروه زیر تقسیم می‌شوند:
- رزین‌های آنیونی قوی Strong Base Anion (SBA)
رزین‌های آنیونی بازی قوی به شدت یونیزه شده و دارای گروه‌های عامل بازی قوی نظیر OH بوده و در محدود کامل pH قابل کاربرد هستند. این رزین‌ها از نوع هیدروکسیدی برای یون‌زدایی آب استفاده می‌شوند.
- رزین‌های آنیونی ضعیف Weak Base Anion (WBA)
رزین‌های بازی ضعیف دارای گروه‌های عامل بازی ضعیف هستند که در آن میزان یویزاسیون به میزان pH بستگی دارد.
رزین‌های WBA، سیلسکا و CO2 را حذف نمیکنند.
رزین‌های آنیونی می‌توانند آلودگیهای زیر را حذف کنند:
- NO3–
- ClO4–
- TOC
- Uranium
- Arsenic…
رزین‌های ترکیبی
این رزین‌ها همزمان هم کاتیون و هم آنیون را با آب تبادل می‌کنند. اگر نیاز باشد که تمام یونهای آب حذف شوند، آن را از رزین‌های که دارای H+ هستند عبور می‌دهند. در این صورت یون هیدروژن جایگزین تمام یونهای مثبت آب میشود و از طرفی آب را از رزینی که OH– دارد می‌گذرانند که یون هیدروکسیل نیز جایگزین تمام آنیون‌های موجود در آب میشود. سپس یونهایH+ وoh– با هم واکنش داده و آب بیشتری
کاربرد روش تبادل یون
با استفاده از فرآیند تبادل یون روش میتوان:
- سختی آب را کاهش داد
- آنیون و یا کاتیون های خارجی را از آب حذف کرد
- قلیائیت آب را کاهش داد
- آب موجود در صنایع فلزی را مجددا بازیابی کرد
- نیترات و سولفات موجود را از آب حذف نمود
- جداسازی و یا بازیابی مواد دارویی را انجام داد و کاربردهای دیگری که در آن یون ها را از آب گرفت.
جهت مشاوره رایگان تصفیه آب و تصفیه فاضلاب میتوانید با کارشناسان شرکت تماس حاصل نمایید
[…] از روش تبادل یونی تبادل یون منفی یا همان آنیون بین رزین و آب است. در نوع […]
[…] صنعت داروسازی مورد استفاده قرار می گیرد – اسمز معکوس، تبادل یونی و […]