Velen van ons hebben wel eens gehoord van ionenwisselaarharsen (IX), maar slechts weinigen van ons weten hoe de technologie eigenlijk werkt. Of u nu potentiële behandelingsstrategieën afweegt, manieren zoekt om het meeste uit uw bestaande IX-harsen te halen of gewoon nieuwsgierig bent naar IX-chemie, u vraagt zich misschien af “Wat is ionenuitwisselingshars en hoe werkt het?”

Wat uw doelen ook zijn, dit artikel zal u helpen betere beslissingen te nemen over de juiste waterbehandelingsstrategieën voor uw faciliteit door u te helpen de IX-harstechnologie beter te begrijpen, en hoe deze een verscheidenheid aan waterbehandelings- en scheidingsbehoeften dient.

Wat zijn ionenwisselaarharsen?

Ionenwisseling is een omkeerbare chemische reactie waarbij opgeloste ionen uit de oplossing worden verwijderd en worden vervangen door andere ionen met dezelfde of een vergelijkbare elektrische lading. Niet een chemische reactant in en van zichzelf, IX hars is in plaats daarvan een fysisch medium dat ionenuitwisseling reacties vergemakkelijkt. De hars zelf is samengesteld uit organische polymeren die een netwerk van koolwaterstoffen vormen. In de gehele polymeermatrix bevinden zich ionenuitwisselingsplaatsen, waar zogenaamde “functionele groepen” van positief geladen ionen (kationen) of negatief geladen ionen (anionen) aan het polymeernetwerk worden gehecht. Deze functionele groepen gemakkelijk aantrekken ionen van een tegengestelde lading.

Wat zijn de fysische eigenschappen van IX harsen?

De geometrische vorm, grootte en structuur van IX harsen kan variëren van het ene type naar het andere. De meeste IX-uitwisselingssystemen maken gebruik van een harsbed dat bestaat uit minuscule, poreuze microkorrels, hoewel sommige systemen, zoals die welke worden gebruikt voor elektrodialyse, gebruik maken van een velachtig nethars. IX-harsbolletjes zijn meestal klein en bolvormig, met een straal van slechts 0,25 tot 1,25 millimeter. Afhankelijk van de toepassing en het systeemontwerp kunnen de harskorrels een uniforme deeltjesgrootte of een Gaussische grootteverdeling hebben. Bij de meeste toepassingen worden gelharskorrels gebruikt, die er doorschijnend uitzien en een hoge capaciteit en chemische efficiëntie bieden. Macroporeuze harsen, die herkenbaar zijn aan hun ondoorzichtige witte of gele uiterlijk, worden meestal gereserveerd voor veeleisende omstandigheden, omdat ze een relatief grotere stabiliteit en chemische weerstand hebben.

Waar zijn IX harsen van gemaakt?

De IX harsmatrix wordt gevormd door koolwaterstofketens met elkaar te cross-linking in een proces genaamd polymerisatie. De cross-linking geeft het harspolymeer een sterkere, veerkrachtigere structuur en een grotere capaciteit (per volume). Hoewel de chemische samenstelling van de meeste IX-harsen polystyreen is, worden bepaalde soorten vervaardigd uit acrylaat (hetzij acrylonitril of methylacrylaat). Het harspolymeer ondergaat vervolgens een of meer chemische behandelingen om functionele groepen te binden aan de ionenuitwisselingsplaatsen die zich in de matrix bevinden. Deze functionele groepen geven de IX hars zijn scheidend vermogen, en zal aanzienlijk variëren van het ene type hars naar het volgende. De meest voorkomende samenstellingen omvatten:

• Sterk zuur kation (SAC) uitwisseling harsen. SAC harsen zijn samengesteld uit een polystyreen matrix met een sulfonaat (SO3-) functionele groep die ofwel geladen is met natrium ionen (Na2+) voor onthardingstoepassingen, of waterstof ionen (H+) voor demineralisatie
• Zwak zure kation (WAC) wisselende harsen. WAC harsen zijn samengesteld uit een acryl polymeer dat is gehydrolyseerd met zwavelzuur of natriumhydroxide om carboxylzuur functionele groepen te produceren. Door hun hoge affiniteit voor waterstofionen (H+) worden WAC-harsen gewoonlijk gebruikt om selectief kationen te verwijderen die met alkaliteit worden geassocieerd.
• Sterk basische anion (SBA) wisselende harsen. SBA-harsen bestaan meestal uit een polystyreenmatrix die chloromethylering en aminering heeft ondergaan om anionen aan uitwisselingsplaatsen te binden. Type 1 SBA-harsen worden geproduceerd door de toepassing van trimethylamine, dat chloride-ionen (Cl-) oplevert, terwijl type 2 SBA-harsen worden geproduceerd door de toepassing van dimethylethanolamine, dat hydroxide-ionen (OH-) oplevert.
• Zwakke base anion (WBA) wisselende harsen. WBA-harsen zijn gewoonlijk samengesteld uit een polystyreenmatrix die chloormethylering heeft ondergaan, gevolgd door aminering met dimethylamine. WBA-harsen zijn uniek in die zin dat ze geen uitwisselbare ionen hebben, en daarom worden ze gebruikt als zuurabsorbers om anionen te verwijderen die geassocieerd worden met sterke minerale zuren.
• Chelerende harsen. Chelating harsen zijn de meest voorkomende vorm van speciale harsen, en worden gebruikt voor selectieve verwijdering van bepaalde metalen en andere stoffen. In de meeste gevallen is de harsmatrix samengesteld uit polystyreen, hoewel een verscheidenheid van stoffen worden gebruikt voor functionele groepen, waaronder thiol, triethylammonium en aminofosfon, onder vele anderen.

Hoe werkt ionenwisselaarshars?

Om volledig te begrijpen hoe IX harsen werken, is het belangrijk om eerst de principes van de ionenuitwisselingsreactie te begrijpen. Simpel gezegd, ionenuitwisseling is een omkeerbare uitwisseling van geladen deeltjes – ionen – met die van gelijke lading. Dit gebeurt wanneer ionen aanwezig op een onoplosbare IX hars matrix effectief van plaats verwisselen met ionen van een soortgelijke lading die aanwezig zijn in een omringende oplossing.

De IX hars functioneert op deze manier vanwege de functionele groepen, die in wezen vaste ionen die permanent zijn gebonden binnen de polymeermatrix van de hars. Deze geladen ionen zullen zich gemakkelijk binden aan ionen met een tegengestelde lading, die worden geleverd door de toepassing van een tegenion oplossing. Deze tegenionen zullen zich blijven binden met de functionele groepen totdat een evenwicht is bereikt.

Tijdens een IX-cyclus wordt de te behandelen oplossing aan het IX-harsbed toegevoegd en laat men deze door de korrels stromen. Terwijl de oplossing door de IX-hars beweegt, trekken de functionele groepen van de hars eventuele in de oplossing aanwezige tegenionen aan. Als de functionele groepen een grotere affiniteit voor de nieuwe tegenionen dan reeds aanwezig hebben, dan zullen de ionen in oplossing de bestaande ionen verdrijven en hun plaats innemen, plakkend met de functionele groepen door gedeelde elektrostatische aantrekkelijkheid. In het algemeen geldt, dat hoe groter de grootte en/of valentie van een ion is, des te groter de affiniteit zal zijn met ionen met een tegengestelde lading.

Laten we deze concepten eens toepassen op een typisch IX wateronthardingssysteem. In dit voorbeeld bestaat het onthardingsmechanisme uit een kationenuitwisselingshars waarin sulfonaatanionen (SO3-) functionele groepen aan de IX-harsmatrix zijn bevestigd. Een tegenion oplossing met natrium kationen (Na+) wordt vervolgens op het hars aangebracht. De Na+ worden door elektrostatische aantrekkingskracht aan de vaste SO3- anionen gebonden, waardoor de hars netto neutraal geladen is. Tijdens een actieve IX-cyclus wordt een stroom met hardheidsionen (Ca2+ of Mg2+) aan het kationenwisselingshars toegevoegd. Aangezien de SO3- functionele groepen een grotere affiniteit hebben voor de hardheidskationen dan voor de Na+-ionen, verdringen de hardheidsionen de Na+-ionen, die vervolgens als onderdeel van de behandelde stroom uit de IX-eenheid stromen. De hardheid ionen (Ca2 + of Mg2 +), aan de andere kant, worden vastgehouden door de IX hars.

Wat is hars regeneratie?

Na verloop van tijd, verontreinigende ionen binden met alle beschikbare uitwisseling sites in de IX hars. Zodra de hars is uitgeput, moet het worden hersteld voor verder gebruik door middel van wat bekend staat als een regeneratiecyclus. Tijdens een regeneratiecyclus wordt de IX-reactie in wezen omgekeerd door de toepassing van een geconcentreerde regenerantoplossing. Afhankelijk van het type hars en de beoogde toepassing kan het regeneratiemiddel een zout-, zuur- of bijtende oplossing zijn. Tijdens de regeneratiecyclus geeft het IX-hars verontreinigende ionen af en ruilt deze tegen de ionen in de regenererende oplossing. De verontreinigende ionen verlaten het IX-systeem als onderdeel van de uitstroom van het regeneraat en moeten op de juiste wijze worden afgevoerd. In de meeste gevallen wordt de hars gespoeld om alle resterende regenerant te verwijderen voorafgaand aan de volgende actieve IX-cyclus.

Hoe SAMCO kan helpen

SAMCO heeft meer dan 40 jaar ervaring in het identificeren van geschikte IX-harstechnologieën om de kosten en afvalvolumes te helpen verlagen en tegelijkertijd de productkwaliteit te verhogen. Voor meer informatie of om in contact te komen, neem hier contact met ons op om een consult met een ingenieur op te zetten of een offerte aan te vragen. We kunnen lopen u door de stappen voor het ontwikkelen van de juiste oplossing en realistische kosten voor uw IX-behandeling systeem needs.

To meer te weten over innovatieve IX SAMCO hars oplossingen, bezoek onze pagina over ionenwisseling hars technologieën hier.

Als u meer wilt weten over ionenwisseling harsen, deze andere artikelen voor u van belang kunnen zijn:

• Hoe veel kost het om te kopen, onderhouden en afvoeren van ionenwisselaar harsen?
• Gemeenschappelijke problemen met ionenwisselaarharsen en hoe ze te vermijden
• Wat zijn de beste (en goedkoopste) manieren om zich te ontdoen van ionenwisselaarharsen?
• Wat is het verschil tussen kationen- en anionenwisselaarharsen?
• Wat zijn de verschillende soorten Ionenwisselaarsharsen en welke toepassingen dienen zij?
• Wat te weten over Ionenwisselaarsharsregeneratie?
• Wat zijn de beste bedrijven die Ionenwisselaarsharsen produceren en leveren?