رزین شلاته

نیکل، مس، روی، مس و کادمیوم که در گروه فلزات سنگین قرار دارند از مهم‌ترین آلاینده‌های پساب‌های صنعتی هستند که در معادن و آب‌های زیرزمینی هم وجود دارند. این آلاینده‌ها برای سلامت انسان، محیط‌زیست و حیوانات خطرات جدی به‌بار آورده و باید با روش‌های پیشرفته مانند رزین شلاته از آب‌ها پاکسازی شوند. به دلیل پیچیده و سنگین‌بودن این گروه از فلزات، روش‌های تصفیه معمولی یا حتی فیلتراسیون راهکار مناسب و کافی برای جداسازی کامل این یون‌ها نیست. به همین دلیل باید از ترکیبات پیشرفته‌تری به نام رزین‌های شلاته استفاده کرد. کاربرد رزین های شلاته نقش مهمی در جذب و بازیابی فلزات سنگین داشته و به دلیل داشتن گروه‌های عاملی شلاته‌کننده یون‌های فلزی را به‌صورت کمپلکس پایدار از محلول جدا می‌کنند. علاوه بر این، بازیابی برخی انواع فلزات باارزش نیز مربوط به عملکرد رزین های شلاته است.

رزین های شلاته و عملکرد آن ‌ها

یکی از انواع رزین‌های تبادل یونی، رزین شلاته است که بر روی سطح آن‌ها گروه‌های عاملی شلاته‌کننده (Chelating) قرار دارد. این گروه‌های عاملی ازطریق ایجاد پیوندهای چند نقطه‌ای (کووردیناسیونی) با یون‌های فلزی ترکیب‌هایی پایدار به نام کمپلکس شلاته می‌‌سازند. ایمینودی‌استیک اسید (IDA)، آمینوفوسفونیک اسید، تیو اوره و 2-پیکولیل‌آمین مهم‌ترین گروه‌های عاملی مورداستفاده در رزین‌های شلاته هستند. تفاوت اصلی رزین‌های شلاته با رزین‌های کاتیونی معمولی مربوط به عملکرد رزین های شلاته است. رزین‌های شلاته به جای جذب الکترواستاتیک ساده، از پیوندهای دندانه‌دار برای گرفتن یون‌های فلزی استفاده می‌کنند؛ به همین دلیل انتخاب‌پذیری و ظرفیت جذب آن‌ها برای فلزات سنگین بسیار بالاتر است.

چگونگی جذب فلزات توسط رزین‌های شلاته

حذف فلزات سنگین مانند نیکل، مس، آهن و منگنز مهم‌ترین کاربرد رزین های شلاته است و از آن در سیستم تصفیه آب و فاضلاب‌های صنعتی استفاده می‌شود. درباره عملکرد رزین های شلاته باید گفت که این نوع رزین با یون‌های فلزی پیوندهای انتخابی و اختصاصی ایجاد کرده و آن‌ها را از محلول جذب می‌کند. مبنای عملکرد رزین شلاته بر پایه گروه‌های عاملی فعال مانند فسفونات یا آمین بوده که این گروه‌های عاملی می‌توانند با یون‌های فلزات سنگین کمپلکس‌های پایدار تشکیل دهند. عبور آب یا محلول آبی از بستر رزین گروه‌های عاملی با شناسایی یون‌های فلزی، با آن‌ها واکنش شیمیایی برقرار می‌کنند. در این فرایند یون‌های فلزی به سطح رزین متصل شده و از جریان آب حذف می‌شود. رزین شلاته دارای مکانیسم دقیق و اختصاصی بوده و این قابلیت موجب افزایش کارایی آن حتی در حضور یون‌های مزاحم می‌شود. فرایند جذب فلزات توسط رزین‌های شلاته عبارت است از:

1. تشکیل کمپلکس شلاته

هنگامی که محلول حاوی یون‌های فلزی با رزین‌های شلاته تماس پیدا می‌کند، گروه‌های عاملی روی رزین به فلزات نزدیک شده و پیوندهای کووردیناسیونی ایجاد می‌کنند. هر گروه عاملی می‌تواند چند نقطه اتصال داشته باشد و یون فلزی را همانند گیره‌ای محکم در بر گیرد.

2. انتخاب ‌پذیری

به دلیل ماهیت شیمیایی گروه‌های عاملی، رزین شلاته می‌تواند فلزات خاصی را از میان مجموعه‌ای از یون‌ها انتخاب کند. به عنوان مثال رزین‌های حاوی گروه ایمینودی‌استیک اسید برای یون‌های مس، سرب، کادمیوم و نیکل انتخاب‌پذیری بالایی دارند؛ در حالی که رزین‌های حاوی گروه آمینوفوسفونیک اسید برای جذب آهن، کروم و فلزات گران‌بها مناسب‌ترند.

3. احیا و بازیابی فلزات

پس از اشباع شدن رزین، می‌توان با عبور دادن محلولی مناسب (معمولاً اسید یا عامل شلاته‌کننده قوی)، یون‌های فلزی جذب‌شده را آزاد کرد و رزین شلاته را برای استفاده مجدد احیا نمود. این فرایند امکان بازیابی فلزات گران‌بها و کاهش هزینه‌های عملیاتی را فراهم می‌کند.

مقایسه رزین شلاته با رزین تبادل یونی معمولی

مهم‌ترین کاربرد رزین های شلاته حذف یون‌های فلزات سنگین از محلول‌های آبی است و عملکرد رزین های شلاته بر اساس تشکیل پیوندهای چند دانه‌ای با یون‌های فلزی بوده و کمپلکس‌هایی با پایداری بالا تولید می‌کند. این درحالی است که رزین‌های تبادل یونی معمولی بر اساس واکنش‌های الکترواستاتیکی عمل می‌کنند. عملکرد رزین‌های تبادل یونی معمولی به این صورت است که یون‌های مثبت یا منفی موجود در محلول را با یون‌های قرارگرفته روی رزین جایگزین می‌کنند. از این فرایند برای حذف یون‌های منیزیم و کلسیم، یون‌های سختی آب یا تنظیم PH استفاده می‌شود. به دلیل ساختار متفاوت این دو گروه از رزین‌ها، رزین‌ شلاته دارای انتخاب‌پذیری و ظرفیت جذب بالاتری بوده و برای جداسازی فلزات خاص حتی در غلظت‌های بسیار پایین هم کاربرد دارند.

انواع رزین های شلاته

رزین‌های شلاته بر اساس گروه‌ عاملی و ساختار آن‌ها تقسیم‌بندی می‌شوند و عبارت‌اند از:

• رزین‌های ایمینودی‌استیک اسید (IDA): این نوع رزین‌ها دارای گروه ایمینودی‌استیک اسید هستند که از یک اتم نیتروژن و دو گروه کربوکسیلات تشکیل شده و سه نقطه اتصال (tridentate) برای تشکیل کمپلکس ایجاد می‌کند. عملکرد رزین های شلاته IDA حذف یون‌های مس، سرب، روی، نیکل و کادمیوم است و در مقایسه با رزین‌های معمولی انتخاب‌پذیری و ظرفیت جذب بالاتری دارند.
• رزین‌های آمینوفوسفونیک اسید: دسته دیگری از رزین‌های شلاته دارای گروه‌های آمینوفوسفونیک اسید هستند و به دلیل خاصیت اسیدی-بازی خود، می‌توانند فلزات سنگین و فلزات گران‌بها را در محدوده وسیع pH جذب کنند. رزین شلاته CH030 کنفتک نمونه‌ای از این دسته است که ساختار ماکروپورس و گروه‌های آمینوفوسفونیک اسیدی دارد و برای جداسازی یون‌های فلزی از محلول‌های آبی در صنایع مختلف استفاده می‌شود.
• رزین‌های تیواوره و تیوریت: در دسته بندی رزین‌ شلاته، رزین‌های تیواوره و تیوریت دارای گروه‌های گوگرددار هستند که تمایل زیادی به جذب یون‌های نرم مانند طلا، نقره، جیوه و پلاتین دارند. استفاده از این رزین‌ها در بازیابی فلزات گران‌بها از محلول‌های شیمیایی و پساب‌های آبکاری رایج است.
• رزین‌های چندعاملی: برخی رزین‌ها ترکیبی از گروه‌های شلاته‌کننده مختلف دارند و می‌توانند طیف وسیعی از فلزات را حذف کنند. کاربرد رزین ‌های شلاته چندعاملی در موارد خاصی مانند تصفیه پساب‌های پیچیده و بازیابی فلزات نادر کاربرد دارند.

کاربرد رزین های شلاته

به دلیل مزایایی مانند انتخاب‌پذیری بالا و امکان احیای دوباره، از رزین شلاته در صنایع مختلف استفاده می‌شود که عبارت‌اند از:

• بازیابی و جداسازی فلزات گران‌بها:استفاده در صنایع متالورژی و معادن برای استخراج و بازیابی طلا، نقره، پلاتین و پالادیوم از محلول‌های لیچینگ یا پساب‌های فرآیندی.
• حذف فلزات سنگین از پساب صنعتی:تصفیه پساب‌های حاوی یون‌های سرب، مس، کادمیوم، کروم و نیکل در صنایع آبکاری، صنایع فلزی، تولید باتری و کارخانه‌های شیمیایی.
• صنایع غذایی و نوشیدنی:حذف یون‌های فلزی مضر از آب آشامیدنی، نمک خوراکی و بهبود کیفیت محصولات غذایی.
• صنایع دارویی و پزشکی:خالص‌سازی مواد اولیه دارویی و حذف ناخالصی‌های فلزی از محلول‌ها و مواد دارویی با رزین شلاته
• صنایع شیمیایی:تولید مواد شیمیایی با خلوص بالا، حذف فلزات کاتالیزوری و تصفیه پساب‌های شیمیایی.
• صنایع آبکاری و الکترونیک:حذف فلزات سنگین از پساب‌های آبکاری و بازیابی مواد ارزشمند در تولید قطعات الکترونیکی

مزایای استفاده از رزین شلاته

در مقایسه با روش‌های سنتی حذف فلزات و حتی برخی رزین‌های تبادل یونی، رزین‌های شلاته مزایای قابل‌توجهی دارد که عبارت‌اند از:

• ظرفیت جذب بالا و انتخاب‌پذیری عالی:به دلیل طراحی ساختاری گروه‌های شلاته‌، رزین‌ شلاته می‌تواند مقدار زیادی از یون‌های فلزی خاص را جذب کرده و در حضور یون‌های دیگر عملکرد خود را حفظ کند.
• پایداری شیمیایی و حرارتی: بسیاری از رزین‌های شلاته مانند CH030 در محیط‌های اسیدی یا قلیایی و در دماهای بالا پایدار هستند.
• قابلیت احیا و استفاده مجدد:پس از اشباع شدن، با استفاده از محلول‌های اسیدی یا عوامل شلاته‌کننده می‌توان یون‌های فلزی را از رزین جدا کرد و از رزین شلاته دوباره استفاده کرد. این ویژگی باعث طولانی شدن سیکل کاری و کاهش هزینه‌های عملیاتی می‌شود.
• کاربرد گسترده در صنایع مختلف: بازیابی فلزات گران‌بها گرفته تا تصفیه پساب‌های صنعتی، صنایع غذایی، دارویی و شیمیایی، از موارد کاربرد رزین های شلاته است.

محدودیت های رزین های شلاته

باوجود مزایای انواع رزین شلاته، این ترکیبات دارای محدودیت‌هایی هستند و می‌تواند کاربرد رزین های شلاته را با چالش‌هایی روبه‌رو کنند. این محدودیت‌ها و معایب عبارت‌اند از:

1. حساسیت بالا به مواد روغنی و آلودگی‌ های آلی

انسداد منافذ توسط چربی‌ها، مواد آلی، مواد رنگ‌زا و امولسیون‌ها یکی از محدودیت‌ها و چالش‌های عملکرد رزین های شلاته است. تجمع این مواد بر روی سطح رزین موجب کاهش ظرفیت جذب و کاهش عمر رزین شده و فرایند احیا و بازیابی آن را با دشواری روبرو می‌کند. علاوه بر این سرعت تشکیل کمپلکس نیز کاهش می‌یابد.

2. محدودیت در حضور اکسیدکننده ها

از دیگر معایب رزین شلاته حساسیت آن‌ها به مواد اکسیدکننده مانند پراکسید هیدروژن، پرمنگنات، هیپوکلریت و کلر آزاد است. این مواد اکسیدکننده می‌توانند ساختار پلیمری رزین‌های شلاته را تخریب کرده و ظرفیت جذب را کاهش دهند. علاوه بر این، تغییر رنگ و شکننده شدن رزین و غیرفعال شدن گروه‌های عاملی از دیگر اثرات مواد اکسیدکننده بر رزین شلاته است.

3. نیازمند تصفیه دقیق و چندمرحله ‌ای

یک چالش دیگر درباره عملکرد رزین های شلاته به‌صورت بهینه، تمیز بودن کامل محلول ورودی است. به همین دلیل در اغلب موارد قبل از کاربرد رزین های شلاته، از فیلتر شنی، فیلتر کربنی یا کارتریج فیلتر استفاده می‌شود. همچنین حذف چربی و اولوسیون و حذف مواد اکسیدکننده از دیگر اقداماتی است که قبل از بستر شلاته انجام می‌شود.

4. محدودیت در بازه دمایی

باوجود آنکه رزین‎های شلاته مقاومت دمایی بالایی دارند؛ ولی دماهای بالاتر از 60 و 70 درجه سانتیگراد موجب کاهش استحکام ساختاری و تغییر رفتار گروه‌های عاملی می‌شود. علاوه بر این دمای بالاتر از آستانه موجب سریع‌تر شدن فرایند تخریب رزین می‌شود. به همین دلیل در صنعت معدن و آبکاری که دمای محلول بالا است باید دمای محلول قبل از ورود به بستر شلاته کاهش یابد.

عوامل مؤثر بر قیمت رزین های شلاته

قیمت رزین شلاته تحت تأثیر عوامل متعددی قرار دارد که عبارت‌اند از:

• ظرفیت جذب: با افزایش ظرفیت جذب، قیمت رزین هم افزایش می‌یابد.
• گروه عاملی: قیمت رزین‌های دارای گروه عاملی آمینوفوسفونیک و تیواوره بالاتر است.

علاوه بر این شاخص‌هایی مانند ساختار رزین، برند، مقدار سفارش و پایداری شیمیایی و طول عمر مفید رزین‌های شلاته بر قیمت آن تأثیر مستقیم می‌گذارند.

نکات مهم برای خرید رزین شلاته

کاربرد رزین های شلاته در تصفیه آب و خالص‌سازی آن اهمیت زیادی دارد. به همین دلیل برای خرید رزین شلاته باید نکات مهمی موردتوجه قرار گیرد که عبارت‌اند از:

• بررسی دیتاشیت فنی رزین: باید شاخص‌های مربوط به محدوده PH، ظرفیت تبادل، ساختاتر دانه‌ها و دمای مجاز بررسی شود.
• انتخاب رزین برمبنای فلزات هدف: به‌عنوان‌مثال رزین تیواوره برای نقره، طلا و جیوه و رزین‌های آمینوفوسفونیک برای آهن و فلزات گران‌قیمت کاربرد دارند.
• شرایط حمل و نگهداری: رزین نباید خشک باشد و در بسته‌بندی پلمپ‌شده و مرطوب باشد.
• توجه به برند و کشور سازنده و خریداری از فروشندگان معتبر از دیگر نکات مهم خرید رزین‌های شلاته است.

احیا و نگهداری رزین های شلاته

یکی از عوامل اثرگذار بر بهینه‌سازی عملکرد رزین های شلاته احیا و نگهداری مناسب آن است. این فرایند نقش مهمی در افزایش طول عمر و کارایی رزین شلاته دارد. فرایند احیای رزین‌های شلاته شامل مراحل زیر است:

• شست‌وشوی کامل:بعد از احیا، شست‌وشوی رزین با آب دیونیزه یا محلول‌های خنثی لازم است تا باقی‌مانده محلول احیاکننده خارج شود.
• پیش‌تصفیه:قبل از ورود محلول به رزین، بهتر است مواد معلق و روغنی، کلوئیدها و مواد آلی توسط فیلترهای اولیه یا فرآیندهای دیگر حذف شوند تا منافذ رزین مسدود نشود.
• کنترل pH:هنگام بهره‌برداری، pH مناسب برای رزین حفظ شود تا گروه‌های شلاته‌کننده در حالت فعال باشند.
• نگهداری در محیط مناسب:در صورت عدم استفاده طولانی‌مدت، رزین باید در محیطی مرطوب و با محلول محافظ (معمولاً آب تمیز یا محلول نمکی سبک) نگهداری شود تا از خشک شدن و ترک خوردن دانه‌ها جلوگیری شود.

ایران کنفتک؛ عرضه‌کننده رزین های صنعتی با بهترین کیفیت

یکی از ترکیبات پلیمری بسیار مهم برای تصفیه پساب‌های صنعتی، تصفیه فاضلاب، آبکاری فلزات و... رزین شلاته است. حذف یون‌های فلزات سنگین مانند آهن، نیکل، روی و کروم از محلول‌های آبی مهم‌ترین کاربرد رزین های شلاته است. رزین‌های شلاته دارای انتخاب‌پذیری و ظرفیت جذب بالاتری بوده و برای جداسازی فلزات خاص حتی در غلظت‌های بسیار پایین نیز به‌کار می‌روند. علاوه بر این، بازیابی برخی انواع فلزات باارزش نیز مربوط به عملکرد رزین های شلاته است. رزین‌های شلاته بر اساس گروه‌های عاملی تقسیم‌بندی می‌شوند که شامل رزین‌های ایمینودی‌استیک اسید (IDA)، رزین‌های آمینوفوسفونیک اسید و... هستند. شرکت ایران کنفتک، عرضه‌کننده رزین‌های صنعتی با بهترین کیفیت از برترین برندهای جهانی است. قیمت و کیفیت بالا و رعایت حقوق مصرف‌کننده از مهم‌ترین ویژگی‌های شرکت ایران کنفتک است. برای کسب اطلاعات بیشتر و خرید محصول می‌توانید از بخش تماس با ما اقدام کنید.