تفاوت بین رزین‌های تبادل کاتیونی و آنیونی

استفاده از رزین‌های تبادل یونی برای تصفیه و جداسازی آب صنعتی می‌تواند پیچیده باشد، به ویژه برای کسانی که با چیستی رزین‌های تبادل یونی، تفاوت آن‌ها و چگونگی عملکرد این رزین‌ها آشنایی ندارند. اگر به دنبال توضیح کلی در مورد تفاوت‌های بین رزین‌های تبادل کاتیونی و آنیونی هستید، این مقاله شباهت‌ها و تفاوت‌ آن‌ها رابه سادگی بیان می‌کند و به برخی از اطلاعات اساسی  که باید هنگام جستجو بدانید، بیان می‌پردازد. پس برای درک مبانی تبادل یونی تا انتهای مقاله با ما همراه باشید.

رزین برای تصفیه آب صنعتی

پیش از آنکه به بررسی تشابه و تفاوت‌ رزین‌های تبادل یونی بپردازیم. بهتر است بدانیم به طور کلی رزین در چه مواردی استفاده می‌شود. از رزین‌ها برای کاهش آرسنیک، نیترات، اورانیوم، پرکلرات و.. استفاده می‌شود. این مکانیسم در تولید “آب دیونیزه” و در بیشتر موارد آب غیر معدنی شده بسیار مفید است، جایی که یون‌ها و مواد معدنی به طور کامل حذف می‌شوند که به این فرآیند سختی‌گیری آب گفته می‌شود. رزین همچنین در کاهش آهن، حذف باریم و رادیوم نیز نیز کابردی است.

شارژ رزین‌ها

رزین‌ها ظرفیت تبادل محدودی دارند. هنگامی‌که رزین دیگر قادر به تبادل یون نیست، باید دوباره شارژ یا بازسازی شود تا به شرایط اولیه خود بازگردد. مواد مورد استفاده برای احیای مجدد رزین می‌تواند شامل کلرید سدیم و همچنین اسید هیدروکلریک، اسید سولفوریک یا هیدروکسید سدیم باشد.

ماده اولیه باقی مانده از فرآیند “بازسازنده مصرف شده” نامیده می‌شود. این نه تنها شامل تمام یون‌های حذف‌شده، بلکه هر یون احیاکننده اضافی نیز می‌شود، و همچنین دارای سطح بالایی از کل جامدات محلول خواهد بود. احیا کننده را می‌توان در تاسیسات فاضلاب شهری تصفیه کرد، اما تخلیه ممکن است نیاز به نظارت داشته باشد.

کارایی تبادل یونی برای تصفیه آب را می‌توان با پوسته پوسته شدن مواد معدنی، گرفتگی سطح و سایر مسائلی که به رسوب رزین کمک می‌کند محدود کرد. فرآیندهای پیش تصفیه مانند فیلتراسیون یا افزودن مواد شیمیایی می‌تواند به کاهش یا جلوگیری از این مسائل کمک کند.

وجه تشابه رزین‌های تبادل کاتیونی و آنیونی

رزین‌های تبادل یونی از دو نوع اصلی تشکیل شده‌اند، رزین‌های تبادل کاتیونی که یون‌های دارای بار مثبت مانند سدیم را با کلسیم و رزین‌های تبادل آنیونی که یون‌های دارای بار منفی مانند کلرید را با آرسنیک مبادله می‌کنند. رزین‌های تبادل یونی آنیون و کاتیون، هردو پلیمرهایی متخلخل و بسیار کوچک در قطر حدودی 5.5 میلیمتر هستند. هر دو مهره‌ها باید دارای یک ضد یون خنثی کننده باشند که بتواند بین داخل و خارج ذره در حرکت باشد. این ضد یون خنثی کننده است که هنگامی‌که یک محلول از بین ذرات تبادل یونی عبور کند، موجب می‌شود آلاینده های نامطلوب حذف شوند.

تفاوت رزین‌های تبادل کاتیونی و آنیونی

اصلی‌ترین و مشخص‌ترین تفاوت رزین‌های تبادل کاتیونی و آنیونی، تفاوت در بار ذراتشان است. رزین تبادل کاتیونی از یون‌های مثبت و رزین تبادل آنیونی دارای بار منفی است. هرکدام از رزین‌های تبادل یونی برای از بین بردن و حذف آلودگی‌های مختلف مفید هستند و می‌توانند آلایندگی‌های خاصی را بسته به آنیون یا کاتیونی بودنشان از آب جذب کنند. ذرات هردو رزین تبادل آنیونی و کاتیونی می‌توانند با هم استفاده شوند که اصطلاحا به آن پیکربندی بستر مخلوط گفته می‌شود. همچنین می‌توان آن‌ها را در مخازن جداگانه‌ و بطور مجزا از هم نیز استفاده کرد که به آن  اصطلاحا پیکربندی بستر دو قلو گفته می‌شود.

انواع رزین‌های تبادل یونی مورد استفاده در تصفیه استاندارد آب

با اینکه دو مورد از اصلی‌ترین رزین‌های تبادل یونی مورد استفاده، رزین های آنیونی و کاتیونی هستند اما به طور کلی برای تصفیه آب از چند نوع اصلی برای تصفیه استاندارد استفاده می‌شود:

• آنیون پایه قوی
• آنیون پایه ضعیف
• کاتیون اسیدی قوی
• کاتیون اسید ضعیف

در ادامه به مرور کلی هر یک از این نوع رزین‌ها پرداختیم.

رزین‌های آنیونی پایه قوی

برای سلیس زدایی، رقیق سازی و همچنین دمینرالیزاسیون از رزین‌هایی موسوم به رزینهای آنیونی پایه قوی یا (SBA) استفاده می‌شود. این رزین‌ها همچنین در حذف کل کربن آلی (TOC)  نیز کاربردی هستند. این نوع رزین‌ها انواع مختلفی دارند که هرکدام برای فرآیند خاصی ایده آل‌تر بوده و مزایا و کاستی‌های خودشان را دارند.  به طور کلی  رزین‌های آنیونی پایه قوی آنقدر قدرتمند هستند تا اسیدهایی ازجمله اسید کربنیک و سیلیسیک را حذف نمایند.

رزین‌های آنیونی پایه ضعیف

رزین‌های تبادل آنیون باز ضعیف (WBA) اغلب با واحدهای SBA برای کاربردهای دمینرالیزاسیون جفت می‌شوند. زیرا فقط آنیون‌های مرتبط با اسیدهای قوی‌تر (مانند کلرید و سولفات) را حذف می‌کنن. در واقع این نوع رزین‌ها توانایی حذف سیلیس یا دی اکسید کربن را ندارند. این ویژگی می‌تواند مورد استفاده تاسیستات و صنایعی باشد که اغلب به دنبال حذف اسیدهای قوی‌تر بوده و اسیدهای ضعیف را پشت سر می‌گذارند. به صورت کلی SBAوWBA غالبا در فرآیندهای مختلفی به صورت مشترک استفاده می‌شوند.

رزین‌های کاتیونی اسیدی قوی

رزین‌های تبادل کاتیونی اسید قوی (SAC) جزو پرکاربردترین رزین‌ها هستند، به ویژه برای کاربردهای نرم کنندگی یا همان سختی گیر آب. زیرا این نوع از رزین‌ها بیشترین استفاده را در حذف یون‌های منیزیم یا کلسیم به طور کامل دارند. رزین‌های تبادل کاتیونی اسید قوی همچنین در حذف باریم و رادیوم از آب شرب یا موارد دیگر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما باید این نکته را در نظر داشته باشید که رزین‌های SAC می‌توانند با قرار گیری در معرض آهن یا منگنز آلوده شوند. پس باید هموراه از این مواد دور بمانند.

رزین‌های کاتیونی اسیدی ضعیف

مبدل کاتیونی اسید ضعیف ظرفی است که در آن فرآیند تبادل یونی انجام می‌شود. یون‌های H+ جایگزین کاتیون‌های موجود در TDS می‌شوند تا آب جدا شده تولید کنند. یون های کلسیم (Ca)، منیزیم (Mg) و سدیم (Na) که به شکل نمک های کربنات و بی کربنات وجود دارند به اسیدهای معادل خود تبدیل می‌شوند

رزین‌های تبادل کاتیونی اسیدی ضعیف ترجیحاً زمانی استفاده می‌شوند که نسبت سختی به قلیایی بیش از 60 درصد باشد. وقتی این نسبت 100% باشد حداکثر ظرفیت بدست می‌آید. چرخه تخلیه تا نقطه پایانی قلیاییت 30 پی پی ام به صورت CaCO3 در آب تصفیه شده عمل می‌کند

رزین کیلیت چیست؟

به غیر از رزین‌های تبادل کاتیونی و آنیونی، رزین‌های کیلیت وجود دارد. آنها از پلی استایرن با گروه های عاملی متفاوت از جمله آمینو فسفونیک، تری اتیل آمونیوم و تیول تشکیل شده‌اند و تقریباً همیشه با کاتیون‌ها متصل می‌شوند. این رزین‌ها برای حذف فلزات سنگین و سایر مواد از مخلوط هایی با درجه انتخاب پذیری بالا استفاده می‌شود.

سخن پایانی

اگرچه تبادل یونی و تصفیه بیولوژیکی به طور گسترده به عنوان دو فناوری پیشرو برای نیترات زدایی شناخته می‌شوند، تبادل یونی معمولاً برای تصفیه نیترات‌ها در آب‌های زیرزمینی استفاده می‌شوند. تعیین اینکه آیا تبادل یونی برای یک موقعیت خاص مناسب است یا خیر، نیاز به بررسی دقیق دارد. تا بدانید کدام فناوری تصفیه برای چالش‌های بخصوص آب شما مناسب است.

منابع:

Www.samcotech.com

Www.fluence.com