O iontoměničových pryskyřicích (IX) sice mnozí z nás slyšeli, ale málokdo z nás má představu o tom, jak tato technologie vlastně funguje. Ať už zvažujete potenciální strategie léčby, hledáte způsoby, jak co nejlépe využít stávající pryskyřice IX, nebo jste prostě jen zvědaví na chemii IX, možná se ptáte: „Co je to iontoměničová pryskyřice a jak funguje?“

Ať už jsou vaše cíle jakékoli, tento článek vám pomůže lépe se rozhodovat o správných strategiích úpravy vody pro vaše zařízení tím, že vám pomůže lépe porozumět technologii IX pryskyřic a tomu, jak slouží k různým potřebám úpravy a separace vody.

Co jsou to iontoměničové pryskyřice?

Iontová výměna je vratná chemická reakce, při níž jsou rozpuštěné ionty odstraněny z roztoku a nahrazeny jinými ionty se stejným nebo podobným elektrickým nábojem. IX pryskyřice není sama o sobě chemickou reaktantem, je spíše fyzikálním prostředím, které usnadňuje reakce iontové výměny. Samotná pryskyřice se skládá z organických polymerů, které tvoří síť uhlovodíků. V celé polymerní matrici jsou iontově výměnná místa, kde jsou na polymerní síť navázány takzvané „funkční skupiny“ buď kladně nabitých iontů (kationtů), nebo záporně nabitých iontů (aniontů). Tyto funkční skupiny snadno přitahují ionty s opačným nábojem.

Jaké jsou fyzikální vlastnosti IX pryskyřic?

Geometrický tvar, velikost a struktura IX pryskyřic se mohou u jednotlivých typů lišit. Většina výměnných systémů IX používá pryskyřičné lože složené z drobných porézních mikrokuliček, ačkoli některé systémy, například ty, které se používají pro elektrodialýzu, používají pryskyřici podobnou pletivu. Kuličky pryskyřice IX jsou obvykle malé a kulovité, s poloměrem o velikosti pouhých 0,25 až 1,25 milimetru. V závislosti na aplikaci a konstrukci systému mohou mít kuličky pryskyřice rovnoměrnou velikost částic nebo Gaussovo rozdělení velikosti. Ve většině aplikací se používají gelové pryskyřičné kuličky, které mají průsvitný vzhled a nabízejí vysokou kapacitu a chemickou účinnost. Makropórovité pryskyřice, které jsou rozpoznatelné díky svému neprůhlednému bílému nebo žlutému vzhledu, jsou obvykle vyhrazeny pro náročné podmínky, protože mají relativně větší stabilitu a chemickou odolnost.

Z čeho jsou pryskyřice IX vyrobeny?

Matrice pryskyřice IX vzniká vzájemným zesíťováním uhlovodíkových řetězců v procesu zvaném polymerace. Zesíťování dává polymeru pryskyřice pevnější, pružnější strukturu a větší kapacitu (objemovou). Zatímco chemické složení většiny pryskyřic IX je polystyren, některé typy se vyrábějí z akrylu (buď akrylonitrilu, nebo methylakrylátu). Polymer pryskyřice pak prochází jednou nebo více chemickými úpravami, aby se funkční skupiny navázaly na iontoměničová místa umístěná v celé matrici. Tyto funkční skupiny poskytují IX pryskyřici separační schopnosti a u jednotlivých typů pryskyřic se výrazně liší. Mezi nejběžnější složení patří:

• Silně kyselé kationtové (SAC) výměnné pryskyřice. Pryskyřice SAC se skládají z polystyrenové matrice se sulfonátovou (SO3-) funkční skupinou, která je buď nabita sodnými ionty (Na2+) pro změkčovací aplikace, nebo vodíkovými ionty (H+) pro demineralizační aplikace
• Pryskyřice pro výměnu slabých kyselých kationtů (WAC). Pryskyřice WAC se skládají z akrylového polymeru, který byl hydrolyzován buď kyselinou sírovou, nebo kaustickou sodou za vzniku funkčních skupin kyseliny karboxylové. Vzhledem k jejich vysoké afinitě k vodíkovým iontům (H+) se pryskyřice WAC obvykle používají k selektivnímu odstraňování kationtů spojených s alkalitou.
• Silně bazické aniontové (SBA) výměnné pryskyřice. SBA pryskyřice se obvykle skládají z polystyrenové matrice, která prošla chlormethylací a aminací, aby se anionty fixovaly na výměnná místa. SBA pryskyřice typu 1 se vyrábějí aplikací trimethylaminu, který poskytuje chloridové ionty (Cl-), zatímco SBA pryskyřice typu 2 se vyrábějí aplikací dimethylethanolaminu, který poskytuje hydroxidové ionty (OH-).
• Výměnné pryskyřice se slabou bází (WBA). Pryskyřice WBA se obvykle skládají z polystyrenové matrice, která prošla chlormethylací a následnou aminací dimetylaminem. Pryskyřice WBA jsou jedinečné tím, že nemají výměnné ionty, a proto se používají jako absorbéry kyselin k odstranění aniontů spojených se silnými minerálními kyselinami.
• Chelační pryskyřice. Chelační pryskyřice jsou nejběžnějším typem speciálních pryskyřic a používají se k selektivnímu odstraňování některých kovů a dalších látek. Ve většině případů je matrice pryskyřice tvořena polystyrenem, ačkoli pro funkční skupiny se používají různé látky, včetně thiolu, triethylamonia a aminofosfonu a mnoha dalších.

Jak funguje iontoměničová pryskyřice

Pro úplné pochopení fungování IX pryskyřic je důležité nejprve porozumět principům iontoměničové reakce. Zjednodušeně řečeno, iontová výměna je vratná výměna nabitých částic – neboli iontů – za částice se stejným nábojem. K tomu dochází, když si ionty přítomné na nerozpustné matrici pryskyřice IX účinně vymění místo s ionty s podobným nábojem, které jsou přítomny v okolním roztoku.

Pryskyřice IX takto funguje díky svým funkčním skupinám, což jsou v podstatě fixní ionty, které jsou trvale vázány v polymerní matrici pryskyřice. Tyto nabité ionty se snadno spojí s ionty s opačným nábojem, které jsou dodány aplikací roztoku protiiontů. Tyto protiionty se budou nadále vázat s funkčními skupinami, dokud nebude dosaženo rovnováhy.

Během cyklu IX by se roztok, který má být ošetřen, přidal do lože pryskyřice IX a nechal by se protékat přes kuličky. Jak roztok prochází pryskyřicí IX, funkční skupiny pryskyřice přitahují veškeré protiionty přítomné v roztoku. Pokud mají funkční skupiny větší afinitu k novým protiiontům než ty, které jsou již přítomny, pak ionty v roztoku vytlačí stávající ionty a zaujmou jejich místo, přičemž se spojí s funkčními skupinami prostřednictvím společné elektrostatické přitažlivosti. Obecně platí, že čím větší je velikost a/nebo valence iontu, tím větší afinitu bude mít k iontům s opačným nábojem.

Aplikujme tyto pojmy na typický systém změkčování vody IX. V tomto příkladu se změkčovací mechanismus skládá z kationtové výměnné pryskyřice, kde jsou na matrici IX pryskyřice fixovány funkční skupiny sulfonátového aniontu (SO3-). Na pryskyřici se pak aplikuje roztok protiiontu obsahující sodné kationty (Na+). Na+ jsou elektrostaticky přitahovány k fixovaným aniontům SO3-, což vede k čistému neutrálnímu náboji v pryskyřici. Během aktivního cyklu IX se do kationtové výměnné pryskyřice přidává proud obsahující ionty tvrdosti (Ca2+ nebo Mg2+). Protože funkční skupiny SO3- mají větší afinitu ke kationtům tvrdosti než k iontům Na+, vytlačují ionty tvrdosti ionty Na+, které pak vytékají z jednotky IX jako součást upraveného proudu. Ionty tvrdosti (Ca2+ nebo Mg2+) jsou naopak pryskyřicí IX zadržovány.

Co je regenerace pryskyřice?

V průběhu času se ionty kontaminantů vážou na všechna dostupná výměnná místa v pryskyřici IX. Jakmile je pryskyřice vyčerpána, musí být obnovena pro další použití prostřednictvím tzv. regeneračního cyklu. Během regeneračního cyklu je reakce IX v podstatě obrácena aplikací koncentrovaného regeneračního roztoku. V závislosti na typu pryskyřice a dané aplikaci může být regenerantem roztok soli, kyseliny nebo žíraviny. V průběhu regeneračního cyklu pryskyřice IX uvolňuje ionty kontaminantů a vyměňuje je za ionty přítomné v regeneračním roztoku. Ionty kontaminantů opustí systém IX jako součást proudu výtoku regenerantu a musí být řádně odvedeny. Ve většině případů se pryskyřice před dalším aktivním cyklem IX propláchne, aby se odstranil zbytkový regenerant.

Jak může SAMCO pomoci

SAMCO má více než 40 let zkušeností s identifikací vhodných technologií IX pryskyřic, které pomáhají snižovat náklady a objemy odpadu a zároveň zvyšovat kvalitu produktů. Chcete-li získat další informace nebo nás kontaktovat, kontaktujte nás zde a domluvte si konzultaci s inženýrem nebo si vyžádejte cenovou nabídku. Můžeme vás provést kroky k vytvoření vhodného řešení a realistických nákladů pro potřeby vašeho systému úpravy IX.

Chcete-li se dozvědět více o inovativních řešeních společnosti SAMCO pro IX pryskyřice, navštivte naši stránku o technologiích iontoměničových pryskyřic zde.

Pokud se chcete dozvědět více o iontoměničových pryskyřicích, mohly by vás zajímat tyto další články:

• Kolik stojí nákup, údržba a likvidace iontoměničových pryskyřic?
• Obvyklé problémy s iontoměničovými pryskyřicemi a jak se jim vyhnout
• Jaké jsou nejlepší (a nejlevnější) způsoby likvidace iontoměničových pryskyřic?
• Jaký je rozdíl mezi kationtovými a aniontovými výměnnými pryskyřicemi?
• Jaké jsou různé typy iontoměničových pryskyřic a k jakým aplikacím slouží?
• Co vědět o regeneraci iontoměničových pryskyřic
• Jaké jsou nejlepší společnosti vyrábějící a dodávající iontoměničové pryskyřice?

Jaké jsou nejlepší společnosti vyrábějící a dodávající iontoměničové pryskyřice?