به طور کلی رزین‌های تبادل یونی موادی هستند که به واکنش‌های “تبادل یون” بسیار کمک می‌کنند. آنها از ماتریس‌های پلیمری تشکیل شده‌اند که «گروه‌های عاملی» یونی، یعنی یون‌های دارای بار مثبت یا منفی (کاتیون‌ها یا آنیون‌ها) به‌طور دائم به آنها متصل هستند. این گروه‌های عاملی به رزین اجازه می‌دهد به راحتی یون‌های متضاد را جذب کند. رزین‌های تبادل یونی دارای انواع مختلفی هستند که به طور کلی به سه دسته آنیونی، کاتیونی و میکس بد تقسیم می‌شوند. اما رزین میکس بد در واقع نوعی ترکیب از همان دو دسته اول است. هر سه نوع رزین در صنایع و برای کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اگر میخواهید بیشتر راجع به تفاوت رزین‌های آنیونی، کاتیونی و میکس بد بدانید، این مقاله برای شماست.
انواع مختلف رزین‌های تبادل یونی
رزین‌ها بر اساس نوع یون‌هایی که مبادله می‌کنند، نام‌گذاری می‌شوند. رزین‌های تبادل یونی به دو دسته آنیونی و کاتیونی شناخته می‌شوند. رزین‌های کاتیونی یون‌های دارای بار مثبت را مبادله می‌کنند، در حالی که رزین‌های آنیونی یون‌های دارای بار منفی را مبادله می‌کنند.
رزین‌های آنیونی و کاتیونی هردو دارای زیرمجموعه‌ای از رزین‌های تبادل یونی هستند. این مواد در صنایع مختلف، کاربردهای متفاوتی دارند.
رزین‌های کاتیونی اسید قوی: رزین‌های کاتیون با غلظت اسیدی بالا یا (SAC) به طور گسترده در کاربردهای نرم کردن آب سخت مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا در از بین بردن سختی ذرات مانند منیزیم (Mg+) یا کلسیم (Ca2+) فوق العاده موثر هستند. آب سخت آبی است که در صورت ترکیب با صابون، کف نمی‌کند.
رزین‌های کاتیونی اسید ضعیف: این نوع رزین‌های کاتیونی با اسدیته کم نیز در فرآیندهای دمینرالیزاسیون و قلیایی زدایی استفاده می‌شوند. WACها به دلیل تمایل زیادشان به ذرات کاتیون دو ظرفیتی (Ca2+ و Mg2+)، آنها یک انتخاب عالی برای کاربردهایی هستند که نیاز به تخلیه ذرات سختی مرتبط با قلیاییت دارند.
رزین‌های آنیونی باز قوی: رزین آنیونی باز قوی نیز در فرآیند گرفتن سختی آب نقش مهمی‌ایفا می‌کند. این نوع رزین در محدوده گسترده‌ای از Phها عملکرد فیزیکی و شیمیایی بالایی دارد. در ساختار شیمیایی، رزین تبادل آنیون پایه قوی یا همان SBA دو نوع با قدرت قلیایی متفاوت وجود دارد، نوع Ⅰ با گروه تری متیل آمونیوم، نوع Ⅱ با گروه آمونیوم دی متیل اتانول. نوع Ⅰ قلیایی بالاتری نسبت به نوع Ⅱ نشان می‌دهد. حذف سیلیس، تصفیه شکر و استخراج فلز از جمله کاربردهای رزین آنیونی پایه قوی به شمار می‌روند.
رزین‌های آنیون باز ضعیف: رزین‌های تبادل یونی آنیون پایه ضعیف یا همان(WBA) حاوی گروه‌های عاملی آمین سوم متصل به ماتریس پلیمری هستند و به شکل پایه آزاد عمل می‌کنند. رزین‌های WBA نمک های خنثی را تجزیه نمی‌کنند بلکه فقط با اسیدهای قوی مانند اسید کلریدریک (HCl)، اسید نیتریک (HNO3) و اسید سولفوریک (H2SO4) واکنش می‌دهند. در مقایسه با رزین‌های تبادل آنیون پایه قوی (SBA)، رزین‌های WBA راحت‌تر بازسازی می‌شوند و می‌توانند به طور موثر با مقدار کمیNaOH احیا شوند. همچنین، نسبت به رزین های SBA دارای ظرفیت بیشتری برای اسیدهای معدنی، پایداری شیمیایی بهتر و مقاومت قوی‌تر در برابر رسوب آلی هستند.
رزین بستر مخلوط
رزین بستر مخلوط ترکیبی از رزین کاتیونی و آنیونی است. همانطور که پیش از این گفته شد، رزین کاتیونی یون‌های دارای بار مثبت مانند کلسیم، سدیم، منیزیم، آهن، منگنز و پتاسیم را جذب می‌کند. رزین آنیون یون‌های دارای بار منفی مانند سولفات‌ها، کلریدها، کربنات‌ها، بی کربنات‌ها، نیترات‌ها و سیلیس را حذف می‌کند. در نتیجه رزین بستر مخلوط معمولاً در کاربردهای پزشکی، تأسیسات تحقیقاتی، آزمایشگاه‌ها، تولید بیوتکنولوژی، داروسازی و الکترونیک، و در مواردی که به کیفیت آب برتر نیاز است استفاده می‌شود. آنها معمولا آخرین مرحله تصفیه در فرآیند تصفیه آب هستند.
بستر رزین در هر دو شکل H OH است. آخرین آثار TDS و سیلیس را می‌توان روی بستر رزین که در آن کاتیون های اسید قوی و رزین های آنیون باز قوی مخلوط شده‌اند، حذف کرد.
موارد استفاده از رزین‌های تبادل یونی
رزین تبادلی در جداسازی فلزات
ما از انواع مختلف رزین تبادل یونی برای جداسازی فلزات واسطه و فلزات کمیاب می‌توانیم استفاده کنیم. همچنین برای جداسازی عناصر رادیوی اکتیو یا اکتینیدها نیز می‌توانیم از آنها کمک بگیریم.
صنایع غذایی
رزین‌های تبادل یونی در صنایع غذایی کاربردهای متنوعی دارند. از جمله در تصفیه شکر و تولید شربت قند، همچنین در تغلیظ پروتئین و در تهیه پنیر و بسیاری موارد دیگر، رزین‌ها نقش بسیارکاربردی را ایفا می‌کنند.
داروسازی
برای خالص سازی و ساخت مواد دارویی، به طور گسترده‌ای از رزین تبادل یونی استفاده می‌شود. رزین‌هایی مانند پلی استایرن سولفونات سدیم، کلستیپول و کلستیرامین به طور گسترده در صنایع داروسازی استفاده می‌شوند.
تصفیه آب
از انواع رزین‌های تبادل یونی به طور گسترده در تصفیه آب استفاده می‌شود. بسته به نوع رزین، می‌توان آب را برای مصارف خانگی یا صنعتی تصفیه کرد. رزین‌های تبادل یونی به طور قابل توجهی در تصفیه فاضلاب و پساب‌های سمی‌صنایع مختلف کاربرد داشته و نقش مهمی‌در محافظت از محیط زیست ایفا می‌کنند.
سوالات متداول
رزین‌های تبادل یونی چند دسته هستند؟
دو دسته رزین تبادل یونی وجود دارد. رزین تبادل آنیونی و رزین تبادل کاتیونی هر دو نوع رزین دارای زیر مجموعه‌های نیز هستند. رزین‌های تبادل یونی کاتیونی دارای دو زیرگروه رزین بتدل یونی اسیدی ضعیف و اسیدی قوی است. همچنین رزین تبادل یونی آنیونی دارای دو زیر گروه رزین آنیونی باز قوی و بازی صعیف است.
رزین‌های تبادل یونی میکس بد چه نوع رزینی هستند؟
رزین‌های میکس بد یا بستر مخلوط از ترکیب رزین‌های تبادل یونی کاتیون و آنیون ساخته می‌شوند. در واقع رزین میکس بد بستری از مخلوط رزین‌های آنیونی و کاتیونی است که با درصدهای متفاوتی ترکیب شده‌اند.
رزین میکس بد چه کاربردی دارد؟
برای مواردی که آب با درصد خلوص بالایی نیاز است، از رزین میکس بد استفاده می‌شوند. زیرا رزین میکس بد ویژگی هردو رزین‌های تبادل یونی آنیونی و کاتیونی را دارد
یک دمینرالایزر حاوی چه نوع رزین تبادل یونی است؟
یک دمینرالایزر ممکن است حاوی مخلوطی از رزین های تبادل کاتیونی و رزین های تبادل آنیونی باشد و بستر مخلوط نامیده می‌شود. دمینرالایزرهایی که از دوبستر تشکیل می‌شوند، از دو مخزن برخوردار هستند. اولین مخزن حاوی رزین تبادل یونی از نوع کاتیونی است. مخزن دیگر نیز دارای رزین تبادل یونی آنیونی است.
منابع: