کاربردهای رزین‌ تبادل یونی در محافظت از محیط زیست

کاربردهای رزین تبادل یونی برای محافظت از محیط زیست در بسیاری از صنایع مورد استقبال قرار گرفته است. این مواد علاوه بر افزایش کارایی  صنایع و صرفه حویی در هزینه‌‌ها، موجب محافظت هرچه بیشتر از محیط زیست نیز می‌شوند.این مقاله به بررسی کاربردهای رزین تبادل یونی و دلایل سازگاری آن با محیط زیست می‌پردازد.

رزین تبادل یونی چیست؟

این مهره‌های پلاستیکی بسیار کوچک با قطر حدود 0.6 میلی متر، دانه‌هایی متخلخل و حاوی آب نامرئی هستند که به عنوان “رطوبت” یا “محتوای رطوبت” اندازه گیری می‌شوند. ساختار رزین پلیمری است (مانند تمام پلاستیک‌ها) که یک یون ثابت به طور دائم روی آن چسبیده است. این یون را نمی‌توان حذف یا جابجا کرد چرا که بخشی از خود ساختار است.

رزین‌های تبادل یونی مواد همه کاره‌ای هستند که دارای چارچوبی قابل مدوله بر اساس کوپلیمرهای متقاطع دارای گروه های عاملی هستند که می‌توانند در تبادل یونی شرکت کنند. رزین‌ها بسته به ماهیت عملکردی می‌توانند کاتیونی یا آنیونی با شدت‌های مختلف تبادل اسید یا باز باشند.

سنتز رزین‌های تبادل یونی مستلزم یک فرآیند دو مرحله‌ای است: مرحله پلیمریزاسیون شامل دو پیش‌ساز پلیمری متمایز و به دنبال آن یک مرحله عامل‌سازی که یک آنیون یا یک کاتیون را برای تولید یک محل تبادل اسید یا باز روی رزین به ترتیب معرفی می‌کند. این مکان‌ها را می‌توان با یون‌های فلزی دیگر مبادله کرد تا خواص اساسی را تغییر دهند

کاربردهای رزین‌ تبادل یونی چگونه به محافظت از محیط زیست کمک می‌کند؟

دلایل زیادی وجود دارد که ثابت می‌کنند رزین‌های تبادل یونی برای محیط زیست بسیار پرثمر هستند. به طور کلی، ایده آل بودن رزین‌های تبادل یونی برای محیط زیست، به انتخاب دقیق نوع رزین و میزان انطباق آن با مقررات بستگی دارد. استفاده از این مواد می‌تواند به اثرات منفی بر محیط زیست را به حداقل برساند.

در ادامه با برخی از رایج‌ترین کاربردهای رزین‌های تبادل یونی در اصلاح محیط زیست خواهیم پرداخت.

تصفیه آب‌های زیرزمینی: معمولاً آب‌های زیرزمینی آلوده به فلزات سنگین، ایزوتوپ‌های رادیواکتیو، نیترات‌ها و سایر آلاینده‌ها هستند.رزین‌های تبادل یونی می‌توانند به راحتی این مواد را از آب‌های زیرزمینی تصفیه کنند.

تصفیه، عملیات و خدمات مدیریت آب و فاضلاب صنعتی: رزین‌های تبادل یونی را می‌توان به عنوان بخشی از یک سیستم تصفیه برای حذف آلودگی‌های سمی‌و مضر موجو در فاضلاب صنعتی مورد استفاده قرار داد. رزین تبادل یونی را می‌توان در تصفیه خانه‌های فاضلاب برای مبادله یک یون با یون دیگر به منظور املاح زدایی استفاده کرد. اساساً دو نوع سیستم تبادل یونی وجود دارد، یکی که از رزین‌های آنیونی استفاده می‌کند و دیگری رزین‌های تبادل کاتیونی است.

بسته به اینکه کاتیون باز قوی، کاتیون اسید ضعیف، آنیون باز قوی یا آنیون باز ضعیف باشد، مواد را می‌توان به گروه بندی های جداگانه تقسیم کرد و به مقایسه رزین سختی گیر اشاره داشت. صرف نظر از نوع مبدل‌ها، رزین‌ها می‌توانند به رسوب ناشی از وجود مواد آلی در آب تصفیه نشده بسیار حساس باشند. بنابراین لازم است قبل از اینکه پساب تحت فرآیند تصفیه قرار گیرد، بخش جداگانه دیگری برای حذف بیشتر مواد جامد معلق و در صورت امکان مواد آلی محلول مورد نیاز است تا بار کمتری به واحد تبادل یونی وارد شود.

تصفیه آب آشامیدنی: رزین‌های تبادل یونی در تصفیه خانه‌های عمومی‌آب برای حذف آلاینده‌های خاص مورد استاده قرار می‌گیرند. رزین‌ها یا ممبران‌های تبادل یونی در بسیاری از مناطق به ویژه در تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرند. ماده تبادل یونی دارای محل‌های فعال باردار الکتریکی (شامل گروه‌های عاملی) است که در جریان تبادل یونی با گونه‌های هدف در آب خوراک جایگزین می‌شوند

اصلاح خاک: رزین‌های تبادل یونی قابلیت تصفیه خاک آلوده و حذف ترکیبات آلی، رادیونوکلئیدها و بسیاری موارد دیگر را دارند. این مواد معمولاً با خاک و آب مخلوط شده آلاینده‌ها را جذب می‌کنند.

چه چیزی رزین‌ تبادل یونی را برای اصلاح خاک نیز کاربردی می‌کند؟

خاصیت انتخاب پذیری: رزین‌های تبادل یونی را می‌توان برای حذف انتخابی آلاینده‌های خاص از خاک، مانند فلزات سنگین، ایزوتوپ‌های رادیواکتیو یا آلاینده‌های آلی به کار گرفت. ای ویژگی باعث می‌شود تا تنها مواد مضر حذف شوند و تاثیر منفی یا مخرب را روی خود خاک کاهش می‌دهد. پاکسازی آلاینده‌های خاک به کمک رزین تبادل یونی همچنین موجب می‌شود تا به موجودات زنده و مفید درون خاک آسیبی نرسد.

کارایی: رزین‌های تبادل یونی از ظرفیت جذب بالایی برخوردارند، این خاصیت فوق العاده سبب می‌شود مقادیر قابل توجهی آلودگی در مدت زمان به نسبت کوتاهی از خاک حذف شود. در نتیجه زمان اصلاح خک نیز کاهش می‌یابد و به طور کلی مقدار زمان ایجاد اختلال در محیط را به حداقل می‌رساند.

تطابق پذیری: ویژگی تطابق پذیری رزین‌های تبادل یونی این امکان را فراهم م‌کند ا بتوانیم آن‌ها را به طور خاص برای حذف آلاینده‌های بخصوصی طراحی کنیم. در نتیجه رزین‌های تبادل یونی قابل استفاده برای حذف طیف گسترده‌ی از آلودگی‌های معدنی و آلی خاک خواهند بود.

قابلیت استفاده مجدد و بازسازی: بسته به نوع رزین تبادل یونی و نوع آلودگی، بسیاری از رزین‌های تبادل یونی را می‌توان بدون نیاز به جایگزینی با رزین جدید، بارها احیا و دوباره استفاده کرد. این ویژگی میزان ضایعات تولید شده در طول فرآیند اصلاح را کاهش می‌دهد و آن را بسیار سازگار با محیط زیست می‌کند.

به حداقل رساندن دفع خارج از محل: با حذف موثر آلودگی‌های خاک، رزین‌های تبادل یونی می‌توانند در به حداقل رساندن نیاز به دفع خارج از محل خاک آلوده کمک کنند. این امر الزامات حمل و نقل و خطرات احتمالی مرتبط با آن را نیز به حداقل می‌رساند.

سازگاری با فناوری‌های محیطی: برای دستیابی به نتیجه مؤثرتر و افزایش بهره‌وری، رزین‌های تبادل یونی را می‌توان در ترکیب با سایر تکنیک‌های اصلاح، مانند تصفیه زیستی استفاده کرد. آنها می‌توانند اثربخشی سایر روش‌های اصلاح را تکمیل و افزایش دهند و به رویکردی جامع‌تر و پایدارتر منجر شوند.

یک نکته مهم که در استفاده از رزین تبادل یونی برای اصلاح خاک باید در نظر گرفته شود، استفاده از رزین‌های تبادل یونی با رعایت مقررات محیطی و منطقه‌ای است. این مقررات برای محافظت از سلامت انسان و محیط زیست طراحی شده است.

محدودیت‌هایی در کاربردهای رزین‌ تبادل یونی

رزین تبادل یونی با تمام کارایی و کاربردی که دارد، شامل محدودیت‌هایی نیز می‌شود. به عنوان مثال رزین تبادل یونی برای تصفیه آب با درصد غلظت آلودگی بالا، مقدار نیاز به بازسازی و احیاکننده‌ها را به سطوحی غیراقتصادی خواهد رساند و استفاده از این مواد دیگر نمی‌تواند منجر به صرفه جویی در هزینه شود. در مقابل، فناوری‌های دیگری مانند اسمز معکوس یا تقطیر می‌تواند جایگزین مناسب‌تری برای رزین تبادل یونی باشد.

همچنین هر آلاینده‌ای که یونیزه نشده باشد با تبادل یونی قابل حذف نیست. فناوری های دیگری برای این منظور با استفاده از کربن فعال، جاذب های پلیمری، غربال های مولکولی و سایر رسانه‌ها در دسترس هستند

منابع:

www.sciencedirect.com

dardel.info

www.thermaxglobal.com

سوالات متداول

از رزین در تصفیه فاضلاب چه استفاده می‌شود؟
رزین تبادل یونی برای حذف آلاینده‌ها از فاضلاب استفاده می‌شود تا بتوان از آن در چرخه فرآیند استفاده مجدد کرد. پساب‌های صنتی مختلفی به کمک رزین تبادل یونی قابلیت تصفیه و استفاده مجدد دارند.

کاربردهای رزین تبادل یونی برای جداسازی چیست؟
رزین تبادل یونی به عنوان یک عامل اصلی و بسیار کاربردی در فرآیند جداسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. صنایع غذایی و آشامیدنی، هیدرومتالورژی، پتروشیمی‌و فناوری دارویی از حمله بیشمار صنایعی هستند که از ای نمواد در فرآیندهای صنعتی خود استفاده می‌کنند.

آیا رزین تبادل یونی در صنایع دارویی نیز کاربرد دارد؟

رزین‌های تبادل یونی به طور گسترده‌ای برای جلوگیری از چسبیدن داروها به سطح زبان و حفره دهان و سرکوب طعم ناخوشایند داروها استفاده می‌شود. حجم بزاق در حفره دهان مقدار کمی‌است، یعنی چند میلی لیتر، و رزین‌ها داروها را بسته نگه می‌دارند و از اتصال داروها به سطح زبان جلوگیری می‌کنند