Deși mulți dintre noi au auzit de rășinile schimbătoare de ioni (IX), puțini sunt cei care știu cum funcționează de fapt această tehnologie. Fie că evaluați potențiale strategii de tratament, fie că sunteți în căutarea unor modalități de a obține cele mai bune rezultate din rășinile IX existente, fie că sunteți pur și simplu curioși cu privire la chimia IX, este posibil să vă întrebați „Ce este rășina schimbătoare de ioni și cum funcționează?”

Nu contează care sunt obiectivele dumneavoastră, acest articol vă va ajuta să luați decizii mai bune cu privire la strategiile corecte de tratare a apei pentru instalația dumneavoastră, ajutându-vă să înțelegeți mai bine tehnologia rășinilor IX și modul în care aceasta servește unei varietăți de nevoi de tratare și separare a apei.

Ce sunt rășinile schimbătoare de ioni?

Schimbul de ioni este o reacție chimică reversibilă prin care ionii dizolvați sunt eliminați din soluție și înlocuiți cu alți ioni cu aceeași sarcină electrică sau similară. Nefiind un reactant chimic în sine, rășina IX este, în schimb, un mediu fizic care facilitează reacțiile de schimb de ioni. Rășina în sine este compusă din polimeri organici care formează o rețea de hidrocarburi. De-a lungul matricei polimerice se găsesc situsuri de schimb de ioni, unde așa-numitele „grupuri funcționale” de ioni cu sarcină pozitivă (cationi) sau de ioni cu sarcină negativă (anioni) sunt fixate pe rețeaua de polimeri. Aceste grupe funcționale atrag cu ușurință ioni cu sarcină opusă.

Care sunt proprietățile fizice ale rășinilor IX?

Forma geometrică, dimensiunea și structura rășinilor IX pot varia de la un tip la altul. Cele mai multe sisteme de schimb IX utilizează un pat de rășină format din microperle mici și poroase, deși unele sisteme, cum ar fi cele utilizate pentru electrodializă, utilizează o rășină cu ochiuri de plasă în formă de foaie. Bilele de rășină IX sunt, de obicei, mici și sferice, cu o rază care măsoară doar 0,25 până la 1,25 milimetri. În funcție de aplicație și de proiectarea sistemului, bilele de rășină pot avea o dimensiune uniformă a particulelor sau o distribuție gaussiană a dimensiunilor. Majoritatea aplicațiilor utilizează perle de rășină gel, care au un aspect translucid și oferă o capacitate și o eficiență chimică ridicată. Rășinile macroporoase, care sunt recognoscibile datorită aspectului lor alb opac sau galben, sunt rezervate de obicei pentru condiții solicitante, deoarece au o stabilitate și o rezistență chimică comparativ mai mari.

Din ce sunt făcute rășinile IX?

Matricea rășinii IX este formată prin reticulare a lanțurilor de hidrocarburi unul cu altul într-un proces numit polimerizare. Reticularea conferă polimerului de rășină o structură mai puternică, mai elastică și o capacitate mai mare (în volum). În timp ce compoziția chimică a majorității rășinilor IX este polistirenul, anumite tipuri sunt fabricate din acrilic (fie acrilonitril sau acrilat de metil). Polimerul de rășină este supus apoi unuia sau mai multor tratamente chimice pentru a lega grupările funcționale de situsurile de schimb de ioni situate în întreaga matrice. Aceste grupări funcționale sunt cele care conferă rășinii IX capacitățile sale de separare și vor varia semnificativ de la un tip de rășină la altul. Cele mai comune compoziții includ:

• Rășini schimbătoare de cationi acizi puternici (SAC). Rășinile SAC sunt compuse dintr-o matrice de polistiren cu o grupare funcțională sulfonat (SO3-) care este fie încărcată cu ioni de sodiu (Na2+) pentru aplicații de dedurizare, fie cu ioni de hidrogen (H+) pentru demineralizare
• Rășini schimbătoare de cationi slabi (WAC). Rășinile WAC sunt compuse dintr-un polimer acrilic care a fost hidrolizat fie cu acid sulfuric, fie cu sodă caustică pentru a produce grupe funcționale de acid carboxilic. Datorită afinității lor ridicate pentru ionii de hidrogen (H+), rășinile WAC sunt utilizate de obicei pentru eliminarea selectivă a cationilor asociați cu alcalinitatea.
• Rășini schimbătoare de anioni bazici puternici (SBA). Rășinile SBA sunt compuse de obicei dintr-o matrice de polistiren care a suferit clorometilare și aminare pentru a fixa anionii pe site-urile de schimb. Rășinile SBA de tip 1 sunt produse prin aplicarea de trimetilamină, care produce ioni de clorură (Cl-), în timp ce rășinile SBA de tip 2 sunt produse prin aplicarea de dimetiletanolamină, care produce ioni de hidroxid (OH-).
• Rășini schimbătoare de anioni bazici slabi (WBA). Rășinile WBA sunt compuse, de obicei, dintr-o matrice de polistiren care a suferit o clorometilare, urmată de aminare cu dimetilamină. Rășinile WBA sunt unice prin faptul că nu au ioni interschimbabili și, prin urmare, sunt utilizate ca absorbanți de acizi pentru a elimina anionii asociați cu acizii minerali puternici.
• Rășini chelatare. Rășinile chelatare sunt cel mai comun tip de rășină de specialitate și sunt utilizate pentru îndepărtarea selectivă a anumitor metale și a altor substanțe. În cele mai multe cazuri, matricea rășinii este compusă din polistiren, deși se utilizează o varietate de substanțe pentru grupele funcționale, inclusiv tiol, trietilamoniu și aminofosfonic, printre multe altele.

Cum funcționează rășina de schimb ionic?

Pentru a înțelege pe deplin cum funcționează rășinile IX, este important să înțelegem mai întâi principiile reacției de schimb ionic. Simplificând, schimbul de ioni este un schimb reversibil de particule încărcate – sau ioni – cu cele de aceeași sarcină. Acest lucru are loc atunci când ionii prezenți pe o matrice insolubilă de rășină IX schimbă efectiv locul cu ioni cu o sarcină similară care sunt prezenți într-o soluție înconjurătoare.

Rășina IX funcționează în acest mod datorită grupărilor sale funcționale, care sunt în esență ioni fixați care sunt legați permanent în matricea polimerică a rășinii. Acești ioni încărcați se vor lega cu ușurință de ioni cu o sarcină opusă, care sunt livrați prin aplicarea unei soluții de contraion. Acești contraioni vor continua să se lege de grupele funcționale până când se atinge echilibrul.

În timpul unui ciclu IX, soluția care urmează să fie tratată se adaugă la patul de rășină IX și se lasă să curgă prin margele. Pe măsură ce soluția se deplasează prin rășina IX, grupările funcționale ale rășinii atrag orice contraioni prezenți în soluție. În cazul în care grupurile funcționale au o afinitate mai mare pentru noii contraioni decât cei deja prezenți, atunci ionii din soluție vor disloca ionii existenți și le vor lua locul, legându-se de grupurile funcționale prin atracție electrostatică comună. În general, cu cât dimensiunea și/sau valența unui ion este mai mare, cu atât va avea o afinitate mai mare cu ionii de sarcină opusă.

Să aplicăm aceste concepte la un sistem tipic de dedurizare a apei IX. În acest exemplu, mecanismul de dedurizare constă într-o rășină schimbătoare de cationi în care grupările funcționale de anioni sulfonat (SO3-) sunt fixate pe matricea rășinii IX. Pe rășină se aplică apoi o soluție de contraion care conține cationi de sodiu (Na+). Na+ sunt reținuți de anionii SO3- fixați prin atracție electrostatică, rezultând o sarcină netă neutră în rășină. În timpul unui ciclu IX activ, în rășina schimbătoare de cationi se adaugă un flux care conține ioni de duritate (Ca2+ sau Mg2+). Deoarece grupările funcționale SO3- au o afinitate mai mare pentru cationii de duritate decât pentru ionii de Na+, ionii de duritate deplasează ionii de Na+, care ies apoi din unitatea IX ca parte a fluxului tratat. Pe de altă parte, ionii de duritate (Ca2+ sau Mg2+) sunt reținuți de rășina IX.

Ce este regenerarea rășinii?

În timp, ionii contaminanți se leagă de toate locurile de schimb disponibile în rășina IX. Odată ce rășina este epuizată, aceasta trebuie refăcută pentru utilizare ulterioară prin ceea ce se numește un ciclu de regenerare. În timpul unui ciclu de regenerare, reacția IX este în esență inversată prin aplicarea unei soluții concentrate de regenerant. În funcție de tipul de rășină și de aplicația în cauză, regenerantul poate fi o sare, un acid sau o soluție caustică. Pe măsură ce ciclul de regenerare avansează, rășina IX eliberează ioni contaminanți, schimbându-i cu ioni prezenți în soluția regenerantă. Ionii contaminanți vor ieși din sistemul IX ca parte a fluxului efluent de regenerant și vor trebui să fie evacuați în mod corespunzător. În cele mai multe cazuri, rășina este clătită pentru a elimina orice reziduu de regenerant înainte de următorul ciclu IX activ.

Cum vă poate ajuta SAMCO

SAMCO are peste 40 de ani de experiență în identificarea tehnologiilor adecvate de rășini IX pentru a ajuta la reducerea costurilor și a volumelor de deșeuri, crescând în același timp calitatea produsului. Pentru mai multe informații sau pentru a lua legătura cu noi, contactați-ne aici pentru a stabili o consultare cu un inginer sau pentru a solicita o ofertă. Vă putem îndruma prin etapele de dezvoltare a soluției adecvate și a costului realist pentru nevoile sistemului dvs. de tratare IX.

Pentru a afla mai multe despre soluțiile inovatoare de rășini IX de la SAMCO, vizitați pagina noastră despre tehnologiile de rășini schimbătoare de ioni aici.

Dacă doriți să aflați mai multe despre rășinile schimbătoare de ioni, aceste alte articole ar putea să vă intereseze:

• Cât costă să cumpărați, să întrețineți și să eliminați rășinile schimbătoare de ioni?
• Probleme comune cu rășinile schimbătoare de ioni și cum să le evitați
• Care sunt cele mai bune (și mai ieftine) modalități de a elimina rășinile schimbătoare de ioni?
• Care este diferența dintre rășinile schimbătoare de cationi și cele schimbătoare de anioni?
• Care sunt diferitele tipuri de rășini schimbătoare de ioni și la ce aplicații servesc?
• Ce trebuie să știți despre regenerarea rășinilor schimbătoare de ioni
• Care sunt cele mai bune companii producătoare și furnizoare de rășini schimbătoare de ioni?