رزین‌های تعویض یونی
رزین‌های تعویض یونی
رزین‌های تعویض یونی به دو گروه بزرگ تقسیم می‌شوند.
به طور کلی رزین‌های تعویض یونی قوی در یک محدوده وسیع PH و رزین‌های تعویض یونی ضعیف در یک محدوده کوچک از PH مناسب هستند.
رزین‌های تعویض یونی شامل: الف) رزین کاتیونی قوی و ضعیف؛ ب) رزین آنیونی ضعیف و قوی، هستند.
انواع رزین‌های تعویض یونی در سختی‌گیر
بنیان یک دانه رزین در سیستم‌های سختی‌گیر شامل یک شبکه پلیمری است که به بعضی از نقاط آن ، گروه یونی غیر متحرک چسبیده است . اگر گروه یونی غیر متحرک، یک آنیون چون سولفونیک باشد. بنیان رزین دارای بار منفی بوده و رزین در شبکه خود یک کاتیون متحرک خواهد شد . به چنین رزینی، رزین کاتیونی می‌گویند و اگر کاتیون متحرک ، یون هیدروژن باشد به آن رزین کاتیون اسیدی می‌گویند. اما اگر گروه یونی غیر متحرک یک کاتیون در دستگاه‌های سختی‌گیر چون گروه +۳(ch3)N باشد. بنیان رزین دارای بار مثبت بوده و رزین در شبکه خود یک آنیون متحرک خواهد داشت، به چنین رزینی، رزین آنیونی می‌گویند.
طبقه بندی رزین‌های تعویض یونی
رزین‌های کاتیونی قوی Strong Asides Cation (SAC)
رزین‌های کاتیونی ضعیف Weak Asides Cation (WAC)
رزین‌های آنیونی قوی Strong Asides Anion (SAA)
رزین‌های آنیونی قوی Weak Asides Anion (WAA)
الف) رزین کاتیونی
۱. رزین کاتیونی قوی
رزین کاتیونی قوی به صورت سدیمی برای کاهش سختی آب به کار می روند. بنابر تجربه دیده می‌شود که رزین کاتیونی سدیمی از نوع قوی علاوه بر کاتیون‌های سختی آب، یون‌های فلزی را با سدیم تعویض می‌کنند.
۲. رزین کاتیونی ضعیف
در این رزین‌ها گروه فعال به جای سولفوریک، کربوکسیلیک است. این گروه مانند اسیدهای آلی ضعیف در محیط اسید یونیزه نمی‌شوند اما در محیط قلیایی یونیزه شده و یون متحرک خود را می‌توانند تعویض کنند. برای احیای رزین کاتیونی ضعیف می‌توان از هر نوع اسیدی استفاده کرد.
الف) رزین آنیونی
رزین‌های آنیونی هم به دو دسته رزین آنیونی قوی و رزین آنیونی ضعیف تقسیم می‌شوند .
۱. رزین آنیونی قوی
رزین‌های آنیونی قوی قادر به جذب کلیه آنیون‌های موجود درآب میباشند. برای احیای رزین‌های آنیونی قوی باید از یک باز قوی جون سود استفاده کرد.
رزین آنیونی قوی به دو نوع ۱ و ۲ تقسیم می‌شود . در رزین آنیونی قوی نوع ۱ گروه یونی غیر متحرک بنزیل‌تری متیل آمونیم می‌باشد . اما در رزین آنیونی قوی نوع ۲ ، گروه یونی غیر متحرک بنزیل‌دی‌متیل‌اتانول‌آمین می‌باشد. امروزه مصرف رزین‌های تعویض یونی بسیار توسعه یافته است . هرچند که رزین‌های تعویض یونی در ابتدا برای حل مشکل ناخالصی‌های آب اختراع شد اما در حال حاضر در هر رشته‌ای از علوم مانند داروسازی ، بیوتکنولوژی و … که نیاز به جدا سازی باشد رزین‌های تعویض یونی به عنوان یک انتخاب مهم مطرح بوده و حتی بصورت سفارشی ساخته می‌شود .
ویژگیهای استفاده رزین‌های آنیونی قوی
ویژگی‌هایی که استفاده از رزین‌ها را برای تصفیه آب مطلوب‌تر می‌کنند عبارتند از :
۱- مقدار رنگ و کدورت آب خام کم می‌باشد .
۲- سختی آب بیشتر از نوع غیر کربناتی باشد ( سختی دائم ).
۳- سختی آب متغیر باشد .
۴- حجم آب مصرفی کم باشد .
۵- غلظت املاح آب کمتر از ۴۰۰ PPM باشد.
۲. رزین آنیونی ضعیف
این نوع رزین‌ها همانند رزین کاتیونی ضعیف عمل می‌کنند. این رزین‌ها قادر به حذف اسیدهای معدنی چون HCLو یا H2SO4 هستند اما قادر به حذف اسیدهای ضعیف مثل اسید کربنیک نیستند به آن دلیل این رزین‌ها را اغلب جاذب اسید می‌نامند. رزین‌های آنیونی ضعیف برای جذب مواد آلی بر رزین‌های آنیونی قوی برتری دارند چون در صورت استفاده از رزین‌های آنیونی قوی، مواد آلی باعث آلودگی آنها می‌شوند. در واقع می‌توان گفت رزین‌های آنیونی ضعیف، عملا جاذب هستند نه تعویض کننده یون . عمل احیای رزین‌های آنیونی ضعیف توسط یک محلول قلیایی انجام می شود. یکی از معایب رزین‌های آنیونی ضعیف این است که ظرفیت تبادل یونی آنها به دبی آب بستگی دارد و هرچه دبی آب بیشتر می شود ظرفیت آنها کمتر می‌شود.
مقایسه رزین‌های تعویض یونی قوی و ضعیف
هرچند که رزین‌های تعویض یونی قادر به تعویض همه نوع یون‌ها نیستند و فقط قادرند یون‌های با شرایط خاص را حذف کنند ولی در صنایع کاربرد بیشتری از رزین‌های نوع قوی دارند و معمولا گران‌تر از رزین‌های قوی هستند و این به آن خاطر است که راندمان احیا رزین‌های ضعیف بسیار بیشتر از رزین‌های قوی است. راندمان احیا چنین تعریف می شود:
یون‌های موجود در کل حجم ماده احیا کننده / کل یون‌های تعویض شده با رزین = رادمان احیا
علامت رزین در طراحی سیستم سختی‌گیر
برای ساده نویسی، بنیان رزین را در طراحی سیستم سختی‌گیر با Z نشان می‌دهند. اگر آنیون متحرک -OH باشد، رزین آنیونی را رزین آنیونی بازی یا هیدروکسیلی می‌گویند و در سیستم سختی‌گیر با ZOH نشان می‌دهند. کلراید سدیم را یک الکترولیت قوی می‌گویند چون درجه تفکیک آن زیاد است ولی استات سدیم که دارای درجه تفکیک کم است را یک الکترولیت ضعیف می‌نامند. بنابراین معیار قوی یا ضعیف بودن یک الکترولیت در ، بنیان آن است . در مورد رزین‌ها نیز این قانون صادق است. منظور از رزین کاتیونی قوی در سیستم های سختی‌گیر ، آن رزینی است که گروه یونی غیر متحرک آن یک گروه قوی چون گروه سولفونیک باشد. بر عکس اگر گروه یونی غیر متحرک یک گروه ضعیف چونگروه کربوکسیلیک -COO باشد رزین کاتیونی را ضعیف گویند.
