رزین کاتیونی

رزین کاتیونی پرولایت

توضیحات: آخرین به روز رسانی در شنبه, 01 ارديبهشت 1403 12:33

رزین کاتیونی پرولایت c100

رزین کاتیونی و آنیونی مصنوعی که اکنون در مصارف تصفیه آب استفاده می شود ، در زمان جنگ جهانی دوم ساخته و تکمیل شدند. اکثر رزین کاتیونی و آنیونی مورد استفاده امروزه دارای ساختار مهره کوپلیمر استایرن-دیوینیل بنزن هستند. این ساختار ویژگی های فیزیکی خاصی به مهره رزین کاتیونی و آنیونی می دهد. یکی دیگر از ساختارهای مهم دانه های انواع رزین کاتیونی و آنیونی برای رزین سختی گیر تصفیه آب ، ساختار رزین اکریلیک است. خصوصیات عملیاتی رزین های اکریلیک با رزینهای معادل استایرن-دیوینیل بنزن متفاوت است.

احیای رزین کاتیونی C100

سختی آب

سختی آب یکی از موارد آلودگی شیمیایی آب محسوب می شود. در اثر وجود یون های مانند کلسیم و منیزیم آب در دمای بالا قابلیت رسوب گذاری پیدا می کند که این امر در صنعت یا آشامیدن می تواند مشکل آفرین باشد. اولین ماده ای که از آن برای سختی گیری آب استفاده شد کانی زئولیت بود. امروزه با استفاده از رزین های تبادل یونی آب را سختی گیری می کنند.

برای مطالعه رزین کاتیونی ابتدا باید فرایند تبادل یونی را مورد بررسی قرار داد. با وجود آنکه بیش از 100 سال از پیدایش فرایند تبادل یونی می گذرد، حدودا 80 سال است که استفاده های تجاری از آن آغاز گردیده، و توسعه و کاربرد گسترده آن تنها در 30 سال گذشته شکل گرفته است. این فرآیند امروزه به طور وسیعی جهت:

سختی گیری آب توسط رزین کاتیونی
دی یونیزه کردن کامل آب توسط رزین میکس بد
خالص سازی مواد در صنایع دارویی توسط رزین خالص ساز
صنایع شیمیایی
رنگبری شربت قند توسط رزین رنگبر

و مواردی از این قبیل به کار برده می شود.

گروه صنعتی آریاب تولید کننده انواع تجهیزات تصفیه آب و فاضلاب و وارد کننده و تولید کننده انواع مواد شیمیایی می باشد. برای استعلام قیمت، مشاوره و خرید رزین کاتیونی و آنیونی و دیگر مواد شیمیایی؛ با کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید.

سختی گیر رزینی

آب؛ محیطی حاوی انواع مواد محلول و معلق مانند میکروب ها و یون ها است که هر گروه از این مواد در صورتی که آلودگی ایجاد کنند باید از بین بروند تا احتمال ایجاد خطر و آسیب را به حداقل برسانند. یکی از این آلودگی ها سختی است که بیشتر از یون های کلسیم و منیزیم ایجاد می شوند. به این کاتیون ها، به همراه کاتیون های استرانسیوم و باریم کمتر رایج و حتی کمتر محلول، یون های سختی زا هم می گویند. وقتی آب حتی کمی تبخیر می شود، این کاتیون ها رسوب می کنند. این همان چیزی است که می بینید وقتی اجازه می دهید آب در یک کتری در حال جوش روی اجاق آشپزخانه تبخیر شود. همانطور که دیدیم آب حاوی مقادیر کمی مواد خارجی است.

در بسیاری از موارد، این مواد مشکلی ایجاد نمی کنند. نوشیدن آب حاوی مقداری شوری برای سلامتی بسیار بهتر از آب فوق العاده خالص است. با این حال ، برای کاربردهای خاص، این مواد خارجی به عنوان ناخالصی در نظر گرفته می شوند و باید از آب خارج شوند. مواد نامحلول (شن و غیره) را می توان با فیلتراسیون آب حذف کرد. انواع مختلفی از فن آوری های رزین آب فیلتراسیون وجود دارد، تا اولترافیلتراسیون که می تواند ذرات زیر میکرون را از بین ببرد. برای مواد محلول باید از تکنیک های دیگری استفاده شود. مواد یونیزه محلول را می توان با تبادل یونی حذف کرد.

ساختار رزین کاتیونی

همچنان که از نام این فرایند مشهود است، تبادل یونی به منظور تعویض یون های مزاحم آب (یا محلول) با یون های بی ضرر انجام می گیرد. یون های نا مطلوب به جسم جامدی منتقل شده و یون های بی ضرر از جسم جامد جدا شده و وارد آب می شود. مبادله کننده دارای خاصیت "انتخاب پذیری" می باشند. به عبارت دیگر مبادله کننده های یونی تعویض برخی یون ها را به برخی یون های دیگر ترجیح می دهد.

مبادله کننده ابتدا به صورت سنگ های معدنی سبز رنگ یا زِئولیت (که از کلمه یونانی شن سبز آمده است) یافت می شدند در اصل قسمت جامد مبادله کننده سنگ های معدنی زئولیت بودند که قادر بودند کلسیم و منیزیم محلول در آب را با سدیم جایگزین کنند از این رو آن ها را زئولیت های سدیمی نامیدند. نکته اساسی اینجا بود که زئولیت ‌های سدیمی دارای محدودیت های بودند.

احیای رزین آنیونی و کاتیونی

این زئولیت ها تنها می توانستند سدیم را جایگزین کلسیم و منیزیم محلول در آب نمایند، و آنیون های از قبیل سولفات ، کلراید و سیلیکات ها بدون تغییر باقی می ماندند. واضح است چنین آبی برای صنایع مطلوب نبود.

پس از انجام تحقیقات در اواسط دهه 1930 در هلند زئولیت های ساخته شد که به جای سدیم فعال، هیدروژن فعال داشتند. این زئولیت ها که به تعویض کننده ‌های کاتیونی هیدروژنی معروف بودند علاوه بر کاهش سختی آب، به واسطه آزاد کردن یون هیدروژن قادر بودند قلیائیت آب را کاهش دهند.

پس از رزین های کاتیونی هیدروژنی، در سال 1944 رزین های آنیونی و کاتیونی تولید شدند که قادر بودند آنیون های موجود در آب را خارج کرده و PH آب را افزایش دهند. که استفاده هم زمان این دو رزین منجر به توسعه سیستم های یون زدایی آب دمین شد.

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

قسمت جامد رزین کاتیونی همان طور که گفته شد ابتدا از سنگ های معدنی زیولیتی ساخته می شد پس از آن پودر کربنی ساخته شدند. در نهایت پژوهشگران دریافتند که سیلیکات آلومینیم موجود در خاک قادر به تعویض یون می ‌باشد.

رزین کاتیونی پرولایت C100/ C100E

این نتیجه گیری با تهیه ژل سیلیکات آلومینیم از ترکیب محلول سولفات آلومینیم و سیلیکات سدیم به اثبات رسید. این نتیجه گیری منجر به توسعه اولین رزین کاتیونی مصنوعی شد یعنی همان سیلیکات آلومینیم بود. امروزه اکثر رزین کاتیونی تعویض یونی که در تصفیه آب بکار می ‌روند رزین کاتیونی سنتزی هستند که با پلیمریزاسیون ترکیبات آلی حاصل می شوند که از مهم ترین آن ها می توان رزین های پلی استایرنی را نام برد.

ویژگی های کلی رزین کاتیونی گفته شده در جدول زیر موجود است

تعریف پارامترهایی برای تعیین اندازه و دانه بندی ذرات

قطر موثر (P10) ذرات (EC): قطری که 10 درصد از ذرات (از نظر وزنی) از آن کوچکتر باشند را قطر موثر می گویند. ضمنا قطری که 60 درصد از ذرات (باز هم از نظر وزنی) از آن کوچکتر باشند را P60 می نامند.
ضریب یکنواختی (EC): نسبت قطر P60 به قطر موثر یا همان P10 را ضریب یکنواختی می گویند. همان طور که از نام آن پیداست ضریب یکنواختی نشان دهنده پراکندگی در قطر ذرات است به این معنی که هر چه ضریب یکنواختی کوچک تر باشد رزین یک دست تر هستند و هر چه این عدد بزرگ تر باشد اندازه ذرات رزین پراکنده تر است.

انواع رزین

رزین بر اساس یون های که جذب و وارد آب می کنند انواع مختلفی دارند که به صورت زیر دسته بندی می شود.

رزین های کاتیونی
رزین های آنیونی
رزین های بستر مختلط (میکس بد)

رزین کاتیونی (اسیدی)

این رزین کاتیونی به شکل (R—H) و یا (R—Na) هستند که R قسمت جامد رزین کاتیونی و H یا Na، یون هیدروژن و سدیم است. رزین کاتیونی در فرایند دیونیزه کردن آب در واحد های دمین و جهت سختی گیری در سختی گیر رزینی استفاده می شود.

هنگام استفاده از رزین کاتیونی یون هیدروژن و سدیم جایگزین کاتیون های موجود در آب می شود. این موضوع را به شکل سیکل تبادل نیز بیان می کنند بدین معنا که رزین های کاتیونی قوی در سیکل سدیم یا هیدروژن فعالیت می کنند. در هنگام احیا کاتیون های سطح رزین وارد محلول احیا شده و مجددا هیدروژن و سدیم جایگزین آن ها می شود. رزین های اسیدی بر مبنای قابلیت تفکیک یعنی به دو دسته رزین اسیدی قوی و رزین اسیدی ضعیف تقسیم بندی می شود

مراحل کار سختی گیر رزینی

برای احیای رزین کاتیونی ضعیف ، آن را در محلول آب و نمک (معمولا 10 درصد) شستشو می دهند. غلظت های کمتر و یا بیشتر از 10 درصد نمک، اثر کمتری دارند و خلوص نمک عامل بسیار مهمی در احیا مناسب رزین کاتیونی سختی گیر می باشد. برای تهیه محلول مناسب جهت احیای رزین کاتیونی ضعیف باید از نمک متبلور شده با خلوص 99 درصد استفاده شود. اگر از سنگ نمک و نمک معمولی استفاده گردد به سبب ناخالصی در نمک، عمر رزین بسیار کاهش یافته و رزین به طور کامل احیا نمی گردد.

استفاده از آب چاه، آب ورودی به کارخانه و یا شیر آب برای تهیه آب و نمک اشتباه دیگر اکثر کارخانجات و کارگاه است که سبب می گردد ناخالصی آب مورد استفاده برای تولید آب و نمک احیا رزین کاتیونی ، دوباره به رزین انتقال می یابد و احیای مناسب صورت نگیرد و عمر مفید رزین کاتیونی که بالای 5 سال می باشد کم گردد. مناسب ترین آب برای تهیه محلول احیای رزین کاتیونی آب سبک شده توسط خود دستگاه سختی گیر است.

رزین کاتیونی قوی

رزین های پلی استایرنی ماکرو ، ساختار منافذی به طور قابل توجهی مقاوم تر از رزین های کاتیونی ژل پلی استایرنیک هستند که اجازه می دهد از رزین های ماکروپور به عنوان کاتالیزور استفاده شود و همچنین استفاده در برنامه های غیر قطبی و مناسب برای رزین های ژل را امکان پذیر می کند. این منجر به رزینهایی می شود که از نظر اسمزی و اکسیداتیو پایدارتر بوده و کمتر در معرض خرابی مکانیکی هستند.
به طور کلی، رزین های تبادل یونی ماکروپروس کاتیون اسید قوی اغلب انتخاب بالاتری نسبت به ژل های مشابه خود دارند. ولی ظرفیت زیادی داشته و لزومی به احیا سریع ندارند ضمنا مقاومت بسیار بالایی نیز دارند. این رزین ها برای قرار گرفتن بعد از رزین های اسیدی قوی مناسب می باشد. عامل فعال این تبادل کننده یک مولکول ازت دار مانند –NH2 است. برای احیای آن می توان آن را در باز های قوی و ضعیف شستشو داد.

از رزین های کاتیونی به عنوان روشی برای حذف سختی آب استفاده می گردد، این نوع رزین کاتیونی که با مدل C100 پرولایت معروف شده است ، پر مصرف ترین رزین در سراسر جهان می باشد. همچنین از رزین کاتیونی قوی برای دیونیزه نمودن آب نیز استفاده می کنند. رزین کاتیونی قوی با توجه به توانایی در حذف تمام کاتیون ها از آب گزینه مناسبی برای دیونیزه نمودن آب به شمار می رود.

رزین اسیدی قوی (رزین کاتیونی قوی): رزین اسیدی قوی به شکل (R—H) است. رزین اسیدی قوی تحت هر PH ای عمل می کند و نمک های قوی و ضعیف را تجزیه می کنند. این نوع از رین های کاتیونی قابلیت حذف تمام کاتیون ها را از آب ها دارا می باشند و قدرت حذف آنها به PH بستگی ندارد. عمر رزین کاتیونی قوی حتی به 20 سال هم می رسد و برای تبادل یون کاتیونی (سختی گیری و دیونیزه کردن) مناسب است. این مبادله کننده ها معمولا رزین سولفونه شده بوده و دارای یون HSO3 می باشند.

لازم به ذکر است ظرفیت آن ها محدود تر از رزین اسیدی ضعیف است و سریع تر باید احیا شوند. لذا احیای رزین کاتیونی قوی ، پر هزینه تر رزین کاتیونی ضعیف است. برای احیای رزین اسیدی قوی باید آن ها را با اسید های قوی همچون HCl و H2SO4 شستشو داد. زمان شستشو و احیای رزین کایتونی قوی به عوامل مختلفی چون میزان استفاده، غلظت اسید و.... بستگی دارد.

رزین های کاتیونی قوی پر مصرف ترین رزین های کاتیونی هستند که امروزه مورد استفاده واقع می شوند. در بین رزین های کاتیونی قوی نیز رزین سختی گیر بسیار پر مصرف تر از سایرین می باشد. رزین سختی گیر نوعی از رزین های کاتیونی قوی است که در سیکل سدیم فعالیت کرده و کاتیون های سختی آور مانند کلسیم و منیزیم را از آب حذف می کند.

رزین کاتیونی ضعیف

رزین کاتیونی ضعیف دارای ظرفیت بالاتری نسبت به رزین کاتیونی قوی می باشد. ظرفیت این رزین به حدود دو برابر رزین کاتیونی قوی می رسد. همچنین رزین کاتیونی ضعیف دارای بازده احیای بالاتری نسبت به رزین کاتیونی قوی است.

رزین اسیدی ضعیف ( رزین کاتیونی ضعیف ): رزین کاتیونی ضعیف به شکل (R—Na) است. رزین اسیدی ضعیف در PH کمتر از 7 کاتیون را به خوبی تعویض نمی کنند، بنابراین کاتیون نمک های قوی را نمی توانند به سادگی تعویض کنند. رزین کاتیونی ضعیف بیشتر برای سختی گیری آب و حذف املاح سختی (املاح چند ظرفیتی مثل کلسیم، منیزیم، آلومینیوم و ...) در دستگاه های سختی گیر رزینی به کار برده می شوند.

در عوض رزین کاتیونی ضعیف بازدهی بالا تری در مقایسه با رزین کاتیونی قوی دارند، در نتیجه باعث تولید پساب کمتر در احیا مکرر می‌گردد. اصولا زمانی که هدف جداسازی کلیه کاتیون های آب است بکارگیری توام رزین کاتیونی قوی و ضعیف اقتصادی تر از بکارگیری رزین کاتیونی قوی است.

رزین کاتیونی ضعیف در جذب CA2+ بسیار مناسب می باشند. عامل تبادل رزین کاتیونی ضعیف معمولا یک اسید ضعیف مثل –COOH (اسید کربوکسیلیک، اسید استیک، اسید سیتریک و...) است.

رزین آنیونی (رزین بازی)

رزین آنیونی به شکل (R—OH) هستند همانند قبل R سطح جامد رزین و OH یون هیدروکسید است. این رزین در فرایند دیونیزه کردن آب در واحد های دمین استفاده می شود و برای احیای رزین آنیونی از محلول های بازی استفاده می شود. در هنگام استفاده از این رزین ها یون هیدروکسید جایگزین آنیون های موجود در آب شده و آب بازی می شود.

در هنگام احیای آنیون های سطح رزین وارد محلول بازی شده و مجددا هیدروکسید جایگزین آن ها می شود. رزین های بازی نیز بر مبنای قابلیت تفکیک به دو دسته رزین بازی قوی و رزین بازی ضعیف تقسیم بندی می شود:

• رزین بازی قوی: این رزین ها نیز در هر PH ای عمل می کنند و تمام نمک های قوی و ضعیف را تجزیه می کنند پاره ای از این مبادله کننده ها برای حذف سیلیس و CO2 موجود در آب بسیار موثرند.عامل تبادل این رزین ها ملکول ترکیبی ازت چهار ظرفیتی مانند –NH4 است. رزین های بازی قوی نیز ظرفیت محدود تری نسبت به رزین های بازی ضعیف دارند و سریع تر احتیاج به احیا می یابند.

برای احیا، آن ها را در محلول های بازی قوی همچون NAOH تقریبا خالص شستشو می دهند. رزین های آنیونی قوی قادر به جذب کلیه آنیون های موجود در آب می باشند. رزین‌های آنیونی ضعیف مقاوم تر از رزین های آنیونی قوی بوده و به همین جهت در سیستم ‌های تصفیه آب، رزین‌های آنیونی قوی در پایین دست رزین های آنیونی ضعیف قرار می‌گیرند.

• رزین بازی ضعیف : این نوع رزین در pH بیش از 6، آنیون ها را به راحتی تعویض نمی کند. رزین‌های آنیونی ضعیف قادر به جذب آنیون اسید های قوی نظیر اسید سولفوریک، کلریدریک و نیتریک اسید نمی باشند. این رزین ها معمولا از ترکیبات فنل – فرم الدهید یا اپوکسی به جای پلی اسیایرن – دی اتیل بنزن ساخته شده است. این مبادله کننده ها سیلیس یا CO2 را نمی توانند تعویض کنند.

معمولا از ترکیب رزین های آنیونی قوی به همراه رزین های ضعیف استفاده می کنند تا تمام آنیون های اسیدی را حذف کنند.

قیمت رزین کاتیونی و آنیونی

احیای رزین

احیای رزین به معنای برگرداندن توانایی تصفیه به دانه های رزین است. دانه های با استفاده از فرآیند تبادل یون به تصفیه شیمیایی آب می پردازند لذا برای احیای آنها باید یون از دست رفته را به رزین باز گرداند. بسته به نوع رزین ها از مواد متفاوتی برای احیای رزین استفاده می کنند. برای احیای رزین های سیکل سدیم و سیکل کلر از نمک خوراکی، برای احیای رزین های اسیدی از اسید و رزین های سیکل هیدروکسید از سود استفاده می کنند.

برای احیای سیستم های رزینی باید 4 مرحله زیر را به ترتیب دنبال نمود