Wiele z nas słyszało o żywicach jonowymiennych (IX), ale niewielu z nas ma pojęcie o tym, jak ta technologia faktycznie działa. Niezależnie od tego, czy rozważasz potencjalne strategie leczenia, szukasz sposobów na maksymalne wykorzystanie istniejących żywic IX, czy po prostu jesteś ciekaw chemii IX, możesz zadać sobie pytanie: „Co to jest żywica jonowymienna i jak działa?”

Niezależnie od tego, jakie są Twoje cele, ten artykuł pomoże Ci podjąć lepsze decyzje dotyczące właściwych strategii uzdatniania wody dla Twojego zakładu, pomagając Ci lepiej zrozumieć technologię żywic IX i sposób, w jaki służą one do różnych potrzeb związanych z uzdatnianiem wody i separacją.

Czym są żywice jonowymienne?

Wymiana jonowa to odwracalna reakcja chemiczna, w której rozpuszczone jony są usuwane z roztworu i zastępowane innymi jonami o tym samym lub podobnym ładunku elektrycznym. Żywica IX nie jest sama w sobie reaktantem chemicznym, jest natomiast fizycznym medium, które ułatwia reakcje wymiany jonowej. Sama żywica składa się z polimerów organicznych, które tworzą sieć węglowodorów. W całej matrycy polimerowej znajdują się miejsca wymiany jonowej, gdzie tak zwane „grupy funkcyjne” dodatnio naładowanych jonów (kationów) lub ujemnie naładowanych jonów (anionów) są przymocowane do sieci polimerowej. Te grupy funkcyjne łatwo przyciągają jony o przeciwnym ładunku.

Jakie są właściwości fizyczne żywic IX?

Kształt geometryczny, rozmiar i struktura żywic IX mogą się różnić w zależności od typu. Większość systemów wymiany IX wykorzystuje złoże żywicy składające się z drobnych, porowatych mikrokul, chociaż niektóre systemy, takie jak te używane do elektrodializy, wykorzystują żywicę siatkową podobną do arkusza. Kulki żywicy IX są zwykle małe i kuliste, o promieniu mierzącym zaledwie od 0,25 do 1,25 milimetra. W zależności od zastosowania i konstrukcji systemu, kulki żywiczne mogą mieć jednolitą wielkość cząstek lub gaussowski rozkład wielkości. W większości zastosowań stosuje się kulki żywicy żelowej, które mają półprzezroczysty wygląd i oferują wysoką pojemność i wydajność chemiczną. Żywice makroporowate, które można rozpoznać dzięki ich nieprzezroczystemu białemu lub żółtemu wyglądowi, są zwykle zarezerwowane dla wymagających warunków, ponieważ mają stosunkowo większą stabilność i odporność chemiczną.

Z czego zbudowane są żywice IX?

Matryca żywicy IX jest tworzona przez sieciowanie łańcuchów węglowodorowych między sobą w procesie zwanym polimeryzacją. Sieciowanie nadaje polimerowi żywicy mocniejszą, bardziej sprężystą strukturę i większą pojemność (objętościową). Podczas gdy skład chemiczny większości żywic IX to polistyren, niektóre rodzaje są produkowane z akrylu (akrylonitrylu lub akrylanu metylu). Polimer żywicy jest następnie poddawany jednej lub kilku obróbkom chemicznym w celu związania grup funkcyjnych z miejscami wymiany jonowej znajdującymi się w całej matrycy. Te grupy funkcyjne nadają żywicy IX jej zdolności separacyjne i różnią się znacznie w zależności od typu żywicy. Najczęściej spotykane kompozycje obejmują:

• Silnie kwasowe żywice kationowymienne (SAC). Żywice SAC składają się z matrycy polistyrenowej z sulfonianową (SO3-) grupą funkcyjną, która jest albo naładowana jonami sodu (Na2+) do zastosowań zmiękczających, albo jonami wodoru (H+) do demineralizacji
• Żywice kationowymienne słabego kwasu (WAC). Żywice WAC składają się z polimeru akrylowego, który został poddany hydrolizie z kwasem siarkowym lub sodą kaustyczną w celu wytworzenia grup funkcyjnych kwasu karboksylowego. Ze względu na ich wysokie powinowactwo do jonów wodoru (H+), żywice WAC są zwykle stosowane do selektywnego usuwania kationów związanych z zasadowością.
• Żywice wymiany anionów mocnej zasady (SBA). Żywice SBA składają się zwykle z matrycy polistyrenowej, która została poddana chlorometylacji i aminowaniu w celu przyłączenia anionów do miejsc wymiany. Żywice SBA typu 1 są wytwarzane przez zastosowanie trimetyloaminy, która daje jony chlorkowe (Cl-), podczas gdy żywice SBA typu 2 są wytwarzane przez zastosowanie dimetylotanoloaminy, która daje jony wodorotlenkowe (OH-).
• Żywice wymiany anionów słabej zasady (WBA). Żywice WBA składają się zazwyczaj z matrycy polistyrenowej, która została poddana chlorometylowaniu, a następnie aminowaniu dimetyloaminą. Żywice WBA są unikalne, ponieważ nie mają jonów wymiennych i dlatego są stosowane jako pochłaniacze kwasów do usuwania anionów związanych z silnymi kwasami mineralnymi.
• Żywice chelatujące. Żywice chelatujące są najbardziej rozpowszechnionym typem żywicy specjalistycznej i są stosowane do selektywnego usuwania niektórych metali i innych substancji. W większości przypadków matryca żywicy składa się z polistyrenu, choć do grup funkcyjnych używa się różnych substancji, w tym tiolu, trietyloamoniowych i aminofosfonowych, wśród wielu innych.

Jak działa żywica jonowymienna?

Aby w pełni zrozumieć, jak działają IX żywice, należy najpierw zrozumieć zasady reakcji wymiany jonowej. Mówiąc prościej, wymiana jonowa jest odwracalną wymianą naładowanych cząstek – jonów – z cząstkami o podobnym ładunku. Dzieje się tak, gdy jony obecne na nierozpuszczalnej matrycy żywicy IX skutecznie zamieniają się miejscami z jonami o podobnym ładunku, które są obecne w otaczającym roztworze.

Żywica IX funkcjonuje w ten sposób ze względu na swoje grupy funkcyjne, które są zasadniczo stałymi jonami, które są trwale związane w matrycy polimerowej żywicy. Te naładowane jony łatwo łączą się z jonami o przeciwnym ładunku, które są dostarczane poprzez zastosowanie roztworu przeciwjonów. Przeciwciała te będą nadal wiązać się z grupami funkcyjnymi, aż do osiągnięcia równowagi.

Podczas cyklu IX, roztwór, który ma być poddany działaniu, zostanie dodany do złoża żywicy IX i będzie mógł przepływać przez kulki. Gdy roztwór przemieszcza się przez żywicę IX, grupy funkcyjne żywicy przyciągają wszelkie przeciwjony obecne w roztworze. Jeśli grupy funkcyjne mają większe powinowactwo do nowych przeciwjonów niż te, które są już obecne, wówczas jony w roztworze usuną istniejące jony i zajmą ich miejsce, wiążąc się z grupami funkcyjnymi poprzez wspólne przyciąganie elektrostatyczne. Ogólnie rzecz biorąc, im większy rozmiar i/lub walencja jonu, tym większe powinowactwo będzie miał z jonami o przeciwnym ładunku.

Zastosujmy te koncepcje do typowego systemu zmiękczania wody IX. W tym przykładzie, mechanizm zmiękczania składa się z żywicy kationowymiennej, w której grupy funkcyjne anionu sulfonianowego (SO3-) są przytwierdzone do matrycy żywicy IX. Roztwór przeciwjonów zawierający kationy sodu (Na+) jest następnie nanoszony na żywicę. Kationy Na+ przylegają do umocowanych anionów SO3- na zasadzie przyciągania elektrostatycznego, w wyniku czego żywica ma ładunek neutralny netto. Podczas aktywnego cyklu IX, strumień zawierający jony twardości (Ca2+ lub Mg2+) jest dodawany do żywicy kationitowej. Ponieważ grupy funkcyjne SO3- mają większe powinowactwo do kationów twardości niż do jonów Na+, jony twardości wypierają jony Na+, które następnie wypływają z urządzenia IX jako część oczyszczanego strumienia. Z drugiej strony, jony twardości (Ca2+ lub Mg2+) są zatrzymywane przez żywicę IX.

Co to jest regeneracja żywicy?

Z czasem jony zanieczyszczeń wiążą się z wszystkimi dostępnymi miejscami wymiany w żywicy IX. Gdy żywica zostanie wyczerpana, musi zostać przywrócona do dalszego użytku poprzez tak zwany cykl regeneracji. Podczas cyklu regeneracji, reakcja IX jest zasadniczo odwracana poprzez zastosowanie stężonego roztworu regenerującego. W zależności od rodzaju żywicy i zastosowania, środek regenerujący może być roztworem soli, kwasu lub substancji żrącej. W trakcie cyklu regeneracji żywica IX uwalnia jony zanieczyszczeń, zamieniając je na jony obecne w roztworze regenerującym. Jony zanieczyszczeń opuszczają układ IX jako część strumienia ścieków regeneracyjnych i muszą zostać odpowiednio odprowadzone. W większości przypadków żywica jest płukana w celu usunięcia resztek środka regenerującego przed kolejnym aktywnym cyklem IX.

Jak SAMCO może pomóc

SAMCO ma ponad 40 lat doświadczenia w identyfikowaniu odpowiednich technologii żywic IX, które pomagają obniżyć koszty i ilość odpadów przy jednoczesnym zwiększeniu jakości produktu. Aby uzyskać więcej informacji lub nawiązać kontakt, skontaktuj się z nami tutaj, aby umówić się na konsultację z inżynierem lub poprosić o wycenę. Możemy przeprowadzić Państwa przez etapy opracowywania właściwego rozwiązania i realistycznego kosztu dla Państwa potrzeb w zakresie systemu oczyszczania IX.

Aby dowiedzieć się więcej o innowacyjnych rozwiązaniach SAMCO w zakresie żywic IX, proszę odwiedzić naszą stronę poświęconą technologiom żywic jonowymiennych tutaj.

Jeśli chcą Państwo dowiedzieć się więcej o żywicach jonowymiennych, mogą Państwa zainteresować następujące artykuły:

• Ile kosztuje zakup, utrzymanie i utylizacja żywic jonowymiennych?
• Wspólne problemy z żywicami jonowymiennymi i jak ich unikać
• Jakie są najlepsze (i najtańsze) sposoby utylizacji żywic jonowymiennych?
• Jaka jest różnica między żywicami kationowymi i anionowymi?
• Jakie są różne typy żywic jonowymiennych i do jakich zastosowań służą?
• Co należy wiedzieć o regeneracji żywic jonowymiennych
• Jakie są najlepsze firmy produkujące i dostarczające żywice jonowymienne?

.