در این مقاله از مجله تخصصی تصفیه آب پیامبر آب قصد داریم تا در مورد تفاوت رزین آنیونی کاتیونی به صورت کامل صحبت نماییم. رزین‌های تبادل یونی که به رزین پرولایت نیز معروف هستند، به‌منظور حذف و یا کاهش املاح موجود در آب طراحی شده‌اند. یون‌های رسوب‌زا از قبیل کلسیم و منیزیم، فلزات سنگین مانند منگنز و آهن، یون‌هایی مانند نیترات، سولفات و کلراید یا حذف کل جامدات محلول در آب برای تولید آب دیونیزه توسط رزین‌های تبادل یونی جذب و حذف میشوند. رزین های تبادل یونی قابل احیا هستند اگر نیازمند اطلاعاتی در مورد نحوه احیا رزین تبادل یونی هستید پیشنهاد می کنم مقاله ای که در همین زمینه تهیه شده از طریق این لینک مطالعه کنید.
رزین‌های مبادله‌گر خود بر دو نوع آنیونی و کاتیونی تقسیم‌بندی میشوند. رزین‌های کاتیونی وظیفه حذف یون‌های رسوب‌زای منیزیم و کلسیم و رزین‌های آنیونی مسئولیت حذف نیترات، سولفات و کلراید را بر عهده دارند. هر کدام از این رزین‌های تبادلی خود بر دو نوع قوی و ضعیف بخش‌بندی میشوند.
رزین آنیونی
رزین آنیونی یک نوع رزین است که برای جذب یون‌های آنیونی در محیط‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. این رزین‌ها دارای گروه‌های عاملی آنیونی می‌باشند که قادر به تبادل یون‌های مختلف با یون‌های آنیونی در محیط آبی و دیگر محیط‌ها هستند. از جمله مزایای استفاده از رزین‌های آنیونی می‌توان به تصفیه آب، حذف یون‌های مضر از محیط‌های صنعتی، و کاربردهای پزشکی و دارویی اشاره کرد.
رزین کاتیونی
رزین کاتیونی نوع دیگری از رزین‌هاست که به منظور جذب یون‌های کاتیونی در محیط‌های مختلف استفاده میشود. این رزین‌ها دارای گروه‌های عاملی کاتیونی می‌باشند که قادر به تبادل یون‌های مختلف با یون‌های کاتیونی در محیط‌های مختلف هستند. رزین‌های کاتیونی به عنوان جاذب‌های یون‌های فلزی و سایر یون‌های موجود در محیط‌های مختلف مورد استفاده قرار میگیرند.
تفاوت رزین آنیونی کاتیونی:
- تفاوت اصلی بین رزین های کاتیونی و آنیونی در این است که یکی بار مثبت (کاتیون) و دیگری بار منفی (آنیون) دارد. این باعث می شود آنها در از بین بردن انواع مختلف آلاینده ها (که بسته به اندازه و ترکیب شیمیایی آنها نیز متفاوت است) مفید باشند. دانه های رزین کاتیونی و آنیونی را می توان با هم (پیکربندی بستر مخلوط) یا در مخازن جداگانه (پیکربندی بستر دوقلو) بسته به نیاز تاسیسات استفاده کرد،و در صورت نیاز به حذف کامل یون های بار مثبت و منفی پرداخت.اگرچه رزین های تبادل آنیونی و کاتیونی دو دسته اصلی رزین های مورد استفاده در تبادل یونی هستند،رزین‌های کاتیونی یون‌های بار مثبت را به خود جذب می‌کنند.در مقابل آن رزین‌های آنیونی یون‌های بار منفی را به دام می‌اندازند. بنابراین رزین قوی کاتیونی جهت نرم کردن آب سخت و محافظت از تجهیزات کاربرد دارد اما رزین‌های آنیونی در تولید آب‌های خالص، فوق خالص مورد استفاده قرار میگیرند.
- تفاوت دیگر در فرآیند بازیافت و مرتبط با ماده احیا کننده است. برای رزین‌های کاتیونی از محلول کلرید سدیم و برای رزین‌های آنیونی از سوزآور هایی مانند سود سوزآور و پتاس سوزآور استفاده میشود. در خواص فیزیکی و شیمیایی نیز تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند.این تفاوت‌ها در مقدار یون‌هایی که رزین توانایی حذف آنها و میزان آبی که رزین توانمندی نگهداری از آن را در ساختار خود دارد نمود پیدا می‌کند.
- همچنین هر دو نوع آنیونی و کاتیونی در وزن مولکولی، دانسیته، میزان دمایی که تحمل می‌کنند و ظرفیت جذب یون در مقایسه با یکدیگر تفاوت دارند
- از دیگر تفاوت های رزین آنیونی و کاتیونی می توان به نوع ماده به کار رفته برای احیای آنها اشاره کرد. استفاده مداوم از هر دو نوع رزین به مرور زمان باعث کاهش کارایی آنها خواهد شد و به همین دلیل رزین های آنیونی با هیدروکسید کربن و رزین کاتیونی با اسید سولفوریک احیا می گردد. همچنین لازم به ذکر است که مقدار رزین مورد نیاز برای حذف یون ها در دو نوع آنیونی و کاتیونی با هم متفاوت می باشند. در حالت کلی مقدار رزین مورد نیاز از نسبت یون های حذف شده به کل یون های موجود در آب بدست می آید.
- در برخی از دانه های رزین، کاتیون فعال داشته و به همین دلیل قدرت بالایی در تبادل و حذف کاتیون های موجود در دارند. در مقابل آن، رزین های آنیونیمی توانندآنیون های موجود در آب از قبیل نیترات ها و کلرایدها را حذف کنند و با سدیم موجود روی رزین جایگزین کنند. رزین های کاتیونی برای حذف یون هایی از قبیل کلسیم، منیزیم و آهن مورد استفاده قرار میگیرند.
رزین های تبادل یونی عبارت اند از:
| آنیون پایه قوی | این نوع رزین ها معمولاً برای دمینرالیزاسیون ،رقیق کردن، و سیلیس زدایی و همچنین حذف کل کربن آلی یا سایر مواد آلی بسته به نوع رزین استفاده می شود. آنها در انواع مختلفی در دسترس هستند اما به طور کلی، رزین های SBA به اندازه کافی قوی هستند تا اسیدهای قوی و ضعیف (از جمله اسید کربنیک و سیلیسیک) را حذف کنند. |
|
آنیون پایه ضعیف |
رزین‌های تبادل آنیون باز ضعیف اغلب با واحدهای SBA برای کاربردهای دمینرالیزاسیون جفت میشوند ، زیرا آنها فقط آنیون‌های مرتبط با اسیدهای قوی‌تر (مانند کلرید و سولفات) را حذف می‌کنند و اسیدهای ضعیف (مانند دی اکسید کربن و سیلیس) را حذف نمی‌کنند. این می تواند برای تأسیساتی که می خواهند اسیدهای قوی را حذف کنند به طوری که اسیدهای ضعیف تر را پشت سر می گذارند مفید باشد، اما معمولاً از WBA و SBA اغلب به طور مشترک برای تکمیل یک فرآیند معدنی سازی کامل تر استفاده می شود. |
|
کاتیون اسیدی قوی |
این نوع رزین ها از پرمصرف‌ترین رزین‌ها هستند، به‌ویژه برای کاربردهای نرم‌کننده، زیرا در حذف کامل یون‌های سختی مانند منیزیم یا کلسیم موثر هستند. انواع خاصی از رزین های SAC نیز برای کاربردهایی که نیاز به حذف باریم و رادیوم از آب آشامیدنی یا دیگر جریان ها دارند، توسعه یافته اند. رزین های SAC می توانند توسط اکسیدان ها آسیب ببینند و توسط آهن یا منگنز آلوده شوند، بنابراین باید مراقب بود که رزین در معرض این مواد قرار نگیرد. |
|
کاتیون اسید ضعیف |
رزین های تبادل کاتیونی اسید ضعیف کاتیون های مرتبط با قلیاییت (سختی موقت) را حذف می کنند و برای کاربردهای دمینرالیزاسیون و دکالیزاسیون استفاده می شوند. علاوه بر این، رزین‌های WAC مقاومت نسبتاً بالایی در برابر اکسیداسیون و دوام مکانیکی دارند که آنها را به انتخاب خوبی برای جریان‌های حاوی اکسیدان‌هایی مانند پراکسید هیدروژن و کلر تبدیل می‌کند. |
همان طور ک گفته شد دانه های رزین برای کاهش سختی آب و همچنین حذف ذرات مضر در آن و تصفیه آب بسیار موثر عمل می کند.
از مهم ترین مزایا رزین های آنیونی و کاتیونی می توان به موارد زیر اشاره نمود:
کاهش سختی آب با رزین:
وجود کلسیم و منیزیم و سایر ذرات و فلزات در آب منجر به افزایش درجه سختی آن شده که مشکلات زیادی را برای سلامتی انسان و کاهش کیفیت آب به همراه دارد. برای این منظور از تجهیزاتی مانند سختی گیر رزینی استفاده میشود که بستری از سیلیس و دانه های رزین در آن پیاده سازی شده اند. سیلیس موجود باعث میشود تا از فرار بودن دانه های رزین کاهش پیدا کند. عبور آب از روی بستر رزینی باعث میشود تا یون های کلسیم و منزیم با سدیم موجود در رزین جایگزین گردد. جایگزینی و تبادل یون مداوم کلسیم و منیزیم با سدیم موجود روی دانه های رزین به مرور منجر به کاهش قدرت بستر رزین می گردد. به همین دلیل لازم است به شیوه های مختلف از جمله استفاده از محلول آب و نمک و شستشوی معکوس احیای رزین صورت گیرد.
زلال سازی آب با رزین:
از دیگر موارد کاربرد دانه های رزین آنیونی و کاتیونی می توان به حذف کلر، فلزات سمی و سرب موجود در آب اشاره نمود. خالص سازی یا زلال سازی آب با رزین به معنای حذف جایگزینی یون های سدیم و کلسیم در آنها می باشد. البته لازم به ذکر است که برای افزایش کارایی لازم است از فیلتر کربنی نیز همزمان در کنار رزین استفاده شود، چون قدرت رزین برای حذف این یون ها کم می باشد.
کاربرد رزین در صنعت نساجی:
یکی از مهم ترین موارد کاربرد رزین های تبادل یونی در صنعت نساجی می باشد و برای تولید الیاف نایلونی و همچنین بهبود رنگرزی از آن استفاده میشود. در روند تولید نایلون مورد استفاده در نساجی باید یون و ناخالصی های موجود حذف شوند که این امکان با دانه های پلیمری رزین امکان پذیر است. علاوه براین، دانه های رزین تبادل یونی ناخالصی ها را در مرحله رنگرزی از بین برده و منجر به بهبود کیفیت رنگ پارچه ها خواهد شد.
از دیگر موارد کاربرد رزین تبادل یونی آنیونی و کاتیونی در کاهش سختی آب و جلوگیری از تشکیل رسوب بر روی تجهیزات و دستگاه های نساجی می باشد.
کاربرد رزین در صنایع داروسازی:
رزین تبادل یونی در صنایع داروسازی کاربرد بسیار زیادی داشته و اهمیت آن در سطح بالایی قرار دارد. از مهم ترین موارد کاربرد آن می توان به استفاده از رزین به عنوان ماده افزودنی به قرص ها اشاره نمود. یون های مورد نظر روی دانه های رزین قرار گرفته و پس از ورود به سیستم گوارشی آزاد شده و وارد بدن میشوند. علاوه براین، از این دانه های پلیمری برای تصفیه آب در فرآیند تولید دارو استفاده شده و یون و املاح را جمع آوری و حذف می کنند.
کاربرد رزین در نیروگاه هسته ای:
در صنایع هسته ای نیاز به آب با درجه خلوص بالا در میکس بد و سایر بخش ها وجود دارد تا املاح موجود در آن منجر به تغییر در واکنش ها نشود. یکی از مهم ترین موارد کاربرد رزین های کاتیونی و آنیونی، خالص سازی آب و کاهش یون و املاح در آن می باشد. با توجه به اینکه رزین مقاومت بسیار بالایی در برابر تماس با سایر مواد شیمیایی داشته و با آنها وارد واکنش نشده و تغییر ساختار نمی دهد، به همین دلیل در صنایع هسته ای می توان از آن برای تصفیه آب استفاده نمود.
کاربرد رزین در صنایع غذایی:
در صنایع غذایی طعم و عطر و بو مواد تولید شده اهمیت بسیار زیادی دارد و به همین دلیل می توان از دانه های رزین برای این منظور استفاده نمود. به طوریکه یکی از اصلی ترین مواد مورد نیاز در جداسازی کروماتوگرافی رزین های کاتیونی و آنیونی می باشند که در صنعت تولید مواد غذایی و قند و شکر استفاده میشود. رزین های تبادل یونی همان طور که از نامشان مشخص است، قدرت بالایی در تبادل یون دارند. به همین دلیل از آنها می توان برای رسوب گیری و حذف مواد اسیدی در روند تولید مواد غذایی استفاده نمود.
همچنین لازم به ذکر است، رزین در صنعت تولید قند و شکر کاربرد بسیار زیادی دارد. از این دانه ها نه تنها در فرآیند از بین بردن رنگ شکر استفاده میشود، بلکه در فرآیند تولید آن از نیشکر نیز کاربرد دارد. علاوه براین، نیز این دانه های پلیمری می توانندنوشیدنی و آبمیوه و یا حتی رنگ را تولید کنند و کیفیت آنهارا را افزایش دهند.
انواع رزین تبادل یونی:
- رزین کاتیونی سختی گیر (Calcium and Magnesium Selective Ion Exchange Resin): این نوع رزین قادر به حذف کلسیم و منیزیم بوده و درجه سختی آب را کاهش می دهند.
- رزین حذف آهن و منگنز (Iron and Manganese Selective Ion Exchange Resin): این نوع رزین که قدرت بالایی در حذف آهن و منگنز دارند، در استخراج سنگ های معدنی و همچنین تصفیه فاضلاب آبکاری مورد استفاده قرار میگیرند.
- رزین حذف بور (Boron Selective Ion Exchange Resin): این نوع رزین در گروه آنیونی ضعیف قرار گرفته و قدرت بالایی در حذف بور از سیال مورد نظر دارند.
- رزین حذف آرسنیک (Arsenic Selective Ion Exchange Resin): آرسنیک که از خطرناک ترین عناصر شیمیایی به شمار می رود با این نوع رزین در کمترین زمان حذف میشود.
- رزین حذف نیترات (Nitrate Selective Ion Exchange Resin): با توجه به تاثیرات نامطلوب مقدار بیش از اندازه نیترات در آب، از این نوع رزین برای حذف این عنصر استفاده میشود.
نتجه گیری:
همان‌طور که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفت، رزین‌های کاتیونی و آنیونی دو رزین رایج مورداستفاده در فرآیند تبادل یونی هستند. رزین‌های آنیونی، یون‌های دارای بار منفی را جذب می‌کنند. در حالی که رزین‌های کاتیونی، یون‌های دارای بار مثبت را جذب می‌نمایند. تفاوت رزین کاتیونی و آنیونی بدین معنی است که رزین‌های کاتیونی، یون‌های دارای بار مثبت مانند سدیم را با کلسیم جایگزین می‌کنند. اما رزین‌های آنیونی، یون‌های دارای بار منفی مانند کلرید را با آرسنیک مبادله می‌نمایند.
