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Embora muitos de nós já tenham ouvido falar de resinas de troca iónica (IX), poucos de nós têm uma compreensão de como a tecnologia funciona realmente. Se você está pesando estratégias potenciais de tratamento, procurando maneiras de obter o máximo das suas resinas IX existentes, ou simplesmente curioso sobre a química IX, você pode estar perguntando “O que é resina de troca iônica e como ela funciona?”

Não importa seus objetivos, este artigo o ajudará a tomar melhores decisões sobre as estratégias de tratamento de água certas para suas instalações, ajudando-o a entender melhor a tecnologia da resina IX, e como ela serve uma variedade de tratamento de água e necessidades de separação.

O que são resinas de troca iônica?

A troca iônica é uma reação química reversível onde íons dissolvidos são removidos da solução e substituídos por outros íons com a mesma carga elétrica ou similar. Não é um reagente químico em si mesmo, a resina IX é antes um meio físico que facilita as reacções de troca de iões. A própria resina é composta de polímeros orgânicos que formam uma rede de hidrocarbonetos. Ao longo da matriz de polímeros são locais de troca iônica, onde os chamados “grupos funcionais” de íons com carga positiva (cátions) ou com carga negativa (ânions) são afixados na rede de polímeros. Estes grupos funcionais atraem rapidamente íons de uma carga oposta.

Quais são as propriedades físicas das IX resinas?

A forma geométrica, tamanho e estrutura das IX resinas podem variar de um tipo para o outro. A maioria dos sistemas de troca IX emprega um leito de resina constituído por minúsculas micro esferas porosas, embora alguns sistemas, tais como os utilizados para electrodiálise, utilizem uma resina de malha semelhante a uma folha. As contas de resina IX são geralmente pequenas e esféricas, com um raio de apenas 0,25 a 1,25 milímetros de tamanho. Dependendo da aplicação e do projeto do sistema, os grânulos de resina podem ter um tamanho de partícula uniforme ou uma distribuição de tamanho gaussiano. A maioria das aplicações utiliza contas de resina em gel, que têm uma aparência translúcida, e oferecem alta capacidade e eficiência química. As resinas macroporosas, que são reconhecíveis devido à sua aparência opaca, branca ou amarela, são tipicamente reservadas para condições exigentes, uma vez que têm comparativamente maior estabilidade e resistência química.

De que são feitas as IX resinas?

A matriz da resina IX é formada por cadeias de hidrocarbonetos reticulados entre si num processo chamado polimerização. A reticulação dá ao polímero de resina uma estrutura mais forte, mais resistente e uma maior capacidade (por volume). Enquanto a composição química da maioria das resinas IX é poliestireno, certos tipos são fabricados a partir de acrílico (acrilonitrilo ou acrilato de metilo). O polímero de resina é então submetido a um ou mais tratamentos químicos para ligar grupos funcionais aos locais de troca iónica localizados ao longo da matriz. Estes grupos funcionais são o que dá à resina IX a sua capacidade de separação, e variam significativamente de um tipo de resina para o próximo. As composições mais comuns incluem:

• Resinas de troca de catiões ácidos fortes (SAC). As resinas SAC são compostas de uma matriz de poliestireno com um grupo funcional sulfonato (SO3-) que é carregado com íons sódio (Na2+) para aplicações de amolecimento, ou íons hidrogênio (H+) para desmineralização
• Resinas de troca catiônica ácida fraca (WAC). As resinas WAC são compostas de um polímero acrílico que foi hidrolisado com ácido sulfúrico ou soda cáustica para produzir grupos funcionais de ácido carboxílico. Devido à sua alta afinidade com íons hidrogênio (H+), as resinas WAC são tipicamente usadas para remover seletivamente cátions associados à alcalinidade.
• Resinas de troca aniônica de base forte (SBA). As resinas SBA são tipicamente compostas de uma matriz de poliestireno que foi submetida a clorometilação e aminação para fixar ânions para locais de troca. As resinas SBA Tipo 1 são produzidas pela aplicação de trimetilamina, que produz íons cloreto (Cl-), enquanto as resinas SBA Tipo 2 são produzidas pela aplicação de dimetiletilamina, que produz íons hidróxidos (OH-).
• Resinas de troca de ânion base fraca (WBA). As resinas WBA são tipicamente compostas por uma matriz de poliestireno que foi submetida a clorometilação, seguida de aminação com dimetilamina. As resinas WBA são únicas por não possuírem íons permutáveis, e por isso são utilizadas como absorvedores de ácidos para remover ânions associados a ácidos minerais fortes.
• Resinas quelantes. As resinas quelantes são o tipo mais comum de resina especial e são utilizadas para a remoção seletiva de certos metais e outras substâncias. Na maioria dos casos a matriz da resina é composta de poliestireno, embora uma variedade de substâncias seja usada para grupos funcionais, incluindo tiol, triethylammonium, e aminophosphonic, entre muitos outros.

Como funciona a resina de troca iónica?

Para compreender completamente como funcionam as IX resinas, é importante primeiro compreender os princípios da reacção de troca iónica. Em termos simples, a troca iónica é uma troca reversível de partículas carregadas – ou iões – com as de carga semelhante. Isto ocorre quando iões presentes numa matriz de resina IX insolúvel trocam efectivamente locais com iões de uma carga semelhante que estão presentes numa solução circundante.

A resina IX funciona desta forma devido aos seus grupos funcionais, que são essencialmente iões fixos que estão permanentemente ligados dentro da matriz polimérica da resina. Estes íons carregados se ligarão prontamente com íons de uma carga oposta, que são entregues através da aplicação de uma solução de contracorrente. Estes íons contrários continuarão a se ligar aos grupos funcionais até que o equilíbrio seja alcançado.

Durante um ciclo IX, a solução a ser tratada seria adicionada ao leito de resina IX e deixada fluir através dos grânulos. À medida que a solução se move através da resina IX, os grupos funcionais da resina atraem quaisquer contra-contas presentes na solução. Se os grupos funcionais tiverem uma afinidade maior com os novos contra-contos do que os já presentes, então os iões em solução deslocarão os iões existentes e tomarão o seu lugar, ligando-se aos grupos funcionais através da atracção electrostática partilhada. Em geral, quanto maior o tamanho e/ou valência de um íon, maior afinidade ele terá com íons de carga oposta.

Vamos aplicar estes conceitos a um sistema típico de amaciamento de água IX. Neste exemplo, o mecanismo de amolecimento consiste em uma resina de troca catiônica onde grupos funcionais de anions sulfonados (SO3-) são fixados à matriz de resina IX. Uma solução de contracorrente contendo cátions de sódio (Na+) é então aplicada à resina. Os Na+ são fixados aos ânions SO3- fixos por atração eletrostática, resultando em uma carga líquida neutra na resina. Durante um ciclo IX ativo, um fluxo contendo íons de dureza (Ca2+ ou Mg2+) é adicionado à resina de troca catiônica. Como os grupos funcionais SO3- têm maior afinidade com os cátions de dureza do que com os íons Na+, os íons de dureza deslocam os íons Na+, que então fluem para fora da unidade IX como parte do fluxo tratado. Os íons de dureza (Ca2+ ou Mg2+), por outro lado, são retidos pela resina IX.

O que é regeneração da resina?

Todos os tempos, os íons contaminantes se ligam com todos os locais de troca disponíveis na resina IX. Uma vez esgotada a resina, ela deve ser restaurada para uso posterior através do que é conhecido como um ciclo de regeneração. Durante um ciclo de regeneração, a reação IX é essencialmente revertida através da aplicação de uma solução regenerante concentrada. Dependendo do tipo de resina e da aplicação em questão, o regenerante pode ser uma solução salina, ácida ou cáustica. medida que o ciclo de regeneração prossegue, a resina IX libera íons contaminantes, trocando-os por íons presentes na solução regeneradora. Os íons contaminantes sairão do sistema IX como parte do fluxo de efluentes do regenerador, e precisarão ser descarregados adequadamente. Na maioria dos casos, a resina é enxaguada para remover qualquer regenerante residual antes do próximo ciclo IX ativo.

Como SAMCO pode ajudar

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