رزین کاتیونی نوعی از رزین تبادل یونی است. همانطور که در مقاله “ رزین تبادل یونی ” گفته شد، رزین های تبادل یونی به سه دسته اصلی زیر تقسیم می شوند:
- رزین کاتیونی
- رزین آنیونی
- رزین میکس بد
رزین های کاتیونی حاوی کاتیون های قابل تبادل هستند .در عملیات حذف آلاینده های آب، با استفاده از رزین کاتیونی یون هیدروژن یا سدیم جایگزین کاتیون های موجود در آب می شود و در هنگام احیای رزین کاتیونی، کاتیون های سطح رزین وارد محلول احیا شده و هیدروژن و سدیم جایگزین آن ها می شود. این عملیات که یک فرآیند تبادل یون است در راستای کاهش سختی آب انجام می شود.
این مواد در فرآیند سختی گیر آب با استفاده از رزین سختی گیر، یون های سختی آور آب (کلسیم و منیزیم) را حذف می کنند و به جای آن سدیم آزاد می کنند. رزین به دو صورت طبیعی و مصنوعی موجود است و از هر دو نوع آن در صنایع گوناگون استفاده می شود.
رزین های کاتیونی موجود در ایران
در بازار ایران رزین های کاتیونی مختلفی وجود دارد. متاسفانه به علت تحریم های موجود پیدا کردن محصولات با اصالت کار بسیار دشواری شده است. هم اکنون در بازار ایران می توان برندهای محدودی رزین سختی گیر تهیه کرد. دو برند اصلی رزین سختی گیر کنفتک کانادا و رزین سختی گیر پرولایت در این بازار به عنوان تامین کنندگان اصلی رزین شناخته می شوند.
رزین سختی گیر کنفتک کانادا با داشتن کد رهگیری و قابلیت استعلام از تولیدکننده می تواند انتخاب بسیار مناسبی برای آن دسته از خریدارانی باشد که می خواهند یک محصول با کیفیت کانادایی تهیه نمایند. گزینه دوم یعنی رزین سختی گیر پرولایت نیز از گذشته در ایران مصرف می شده است. متاسفانه از سال 2005 این برند ایران را در کنار نام هایی همچون کوبا و کره شمالی قرار داده و به اصطلاح صادرات به این کشورها را تحریم کرده است. این اتفاق زمانی افتاد که مدیران این شرکت به خاطر صادرات کالا به کشور کوبا به دادگاه های آمریکا فراخوانده شدند و متحمل جریمه های سنگین گردیدند. در بازار ایران برند پرولایت از طریق سازندگان غیر اصلی در چین تامین می شود و امکان پیگیری محصولات و استعلام اصالت آنها فراهم نیست.
مشخصات رزین کاتیونی برای حذف سختی آب
برای این که رزین کاتیونی توانایی حذف سختی های آب را داشته باشد نیاز است تا خود رزین کاتیوی شرایط خاصی را دارا باشد؛ مهمترین شرایط لازم عبارتند از
- دارای یون فعال باشد.
- در آب حل نشود تا بتواند قابلیت استفاده مجدد داشته باشد.
- در ساختار شبکه تعویض کننده خود دارای فضای کافی باشید تا یون ها بتوانند به راحتی در شبکه جامد رزین وارد و خارج شوند.
فرایند حذف سختی آب با استفاده از رزین کاتیونی
تبادلگر رزینی (R) هنگامی که در فرم سدیمی (+RNa) خود قرار دارد توانایی معاوضه یون سدیم با کلسیم را دارد، به این ترتیب کلسیم موجود در آب سخت توسط رزین سختی گیر گرفته شده و سدیم جای آن را می گیرد.
انواع رزین کاتیونی
رزین تبادل یونی را می توان به دو گروه اصلی، رزین کاتیونی (رزین سختی گیر) و رزین آنیونی تقسیم کرد که هر گروه شامل نوع ضعیف و نوع قوی هستند. به طور کلی رزین های قوی در یک محدوده وسیع PH و رزین های نوع ضعیف در یک محدوده کوچک از PH مناسب هستند.
رزین كاتیونی (رزین سختی گیر) معمولا به دو دسته تقسیم میشوند،
- Strong acidis Cation (رزین کاتیونی اسید قوی )
- Weak acidis Cation( رزین کاتیونی اسید ضعیف )
رزین کاتیونی اسید قوی
پرمصرف ترین رزین در صنعت آب و فاضلاب رزین کاتیونی سدیمی است. رزین کاتیونی قوی به صورت سدیمی برای کاهش سختی آب و حذف یون های کلسیم و منیزیم به کار می رود. بنابر تجربه رزین کاتیونی سدیمی از نوع قوی علاوه بر کاتیون های سختی آب ، یون های فلزی را هم با سدیم تعویض می کند. رزین کاتیونی قوی مشابه اسیدهای قوی رفتار میکنند. این رزین ها بر پایه پلی استایرن به همراه گروه سولفونیک اسید (-SO^3H) به عنوان گروه عاملی هستند .فرمول شیمیایی فرآیند تبادل یون در رزین کاتیونی اسید قوی
از نظر ساختاری در دو فرم هیدروژنی با فرمول شیمیایی R-SO^3H و فرم سدیمی با فرمول شیمیایی R-SO^3Na موجود می باشند. رزین کاتیونی قوی می تواند با تمامی کاتیون ها تبادل یونی داشته باشد و ظرفیت تبادل یونی آن وابسته به pH نیست.
رزین کاتیونی اسید ضعیف
در رزین کاتیونی اسید ضعیف گروه فعال به جای سولفوریک، کربوکسیلیک است. این گروه مانند اسیدهای آلی ضعیف در محیط اسید یونیزه نمی شوند اما در محیط قلیایی یونیزه میشوند و یون متحرک خود را می توانند تعویض کنند.
رزین کاتیونی ضعیف قادر به جذب کاتیون های مربوط به قلیاییت آب می باشند و همه کاتیون های موجود در محلول را نمی توانند جذب نمایند. رزین کاتیونی ضعیف بر پایه اکرلیک به همراه گروه عاملی کربوکسیلیک اسید (-COOH) هستند و فرم هیدروژنی و ساختار R-COOH دارند.فرمول شیمیایی فرآیند تبادل یون در رزین کاتیونی اسید ضعیف
رزین های کاتیونی اسیدی ضعیف مانند اسیدهای ضعیف رفتار می کنند.همانند اسیدهای ضعیف به مقدار جزئی تجزیه می شوند.این رزین ها می توانند در کنار رزین کاتیونی قوی استفاده شده و بازدهی بالایی در حذف سختی و تبادل یونی حاصل کنند.مزیت رزین کاتیونی ( رزین سخی گیر ) ضعیف بازدهی بالای آنها در مقایسه با رزین کاتیونی قوی است.در نتیجه باعث تولید پساب کمتر در احیاهای مکرر می شود.
مقایسه رزین های کاتیونی ضعیف و قوی
هرچند که رزین تعویض یونی قادر به تعویض همه نوع یون ها نیستند و فقط قادرند یون های با شرایط خاص را حذف کنند ولی در صنایع کاربرد بیشتری از رزین نوع قوی دارند و معمولا گرانتر از رزین قوی هستند. این به آن خاطر است که راندمان احیا رزین های ضعیف بسیار بیشتر از رزین های قوی است.
کاربردها و مصارف رزین های کاتیونی
اگر بخواهیم دید کلی نسبت به کاربردهای رزین کاتیونی داشته باشیم می توان گفت که رزین کاتیونی برای مصارف زیر مورد استفاده قرار می گیرند؛
- کاهش یا حذف کامل سختی آب (Water Softeners – Hardness Reduction)
- حذف آهن یا منگنز از آب با استفاده از رزین کاتیونی در سختی گیر (Water Softeners – Iron & Manganese Removal)
- حذف مواد معدنی زائد از آب (Demineralization)
کاربرد رزین کاتیونی در صنایع و مجتمع های مسکونی – تجاری
- کاربرد رزین کاتیونی در سختی گیر موتورخانه
موتورخانه های آب گرم و بخار به خاطر استفاده از تجهیزات گران قیمت در معرض آسیب های ناشی از رسوب آب هستند. تقریبا در اکثر صنایع و مجتمع های تجاری از موتورخانه به عنوان منبع گرمایش استفاده می شود. در صورتی که آب شهری یا آب چاه مستقیما به تاسیسات موتورخانه وارد گردد به خاطر وجود املاح معدنی به ویژه ترکیبات منیزیم و کلسیم، باعث ایجاد رسوب گذاری در تاسیسات خواهد شد. استفاده از رزین کاتیونی به عنوان یک سختی گیر به قابلیت استفاده مجدد، بهترین راه برای جلوگیری از ایجاد رسوب در بویلر و دیگر تجهیزات موتور خانه می شود. با توجه به عملکرد رزین سختی گیر نیاز است تا پس از مدتی نسبت به تعویض رزین سختی گیر اقدام کرد.
- کاربرد رزین های کاتیونی در سختی گیر اسپرسوساز
برای کاهش فرسایش دستگاه اسپرسوساز که این روزها از قیمت بالایی برخوردار است باید از دستگاه های سختی گیر کوچک و رزین تبادل یونی استفاده شود.تا با استفاده از رزین سختی گیر ،کاهش سختی انجام شود و دستگاه دچار رسوب گرفتگی نشود.
- کاربرد رزین های کاتیونی در آکواریوم
زمانی که مقادیر موادمعدنی آب از یک حدی بیشتر باشد آب سخت است. آب آکواریوم نباید به میزان زیادی سختی داشته باشد .به همین منظور از رزین های تبادل یونی برای کاهش میزان سختی آب استفاده می شود.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی رزین کاتیونی ( رزین سختی گیر )
عمر مفید رزین کاتیونی
پاسخ دادن به سوال ” عمر مفید رزین کاتیونی چقدر است ؟” می تواند کار دشواری باشد چرا که عمر رزین تبادل یونی به عوامل مختلفی از جمله کیفیت آب مصرفی ، کیفیت محصول مورد استفاده ،میزان احیای رزین ، دما و … بستگی دارد. اما به طور کلی عمر مفید رزین های کاتیونی در تصفیه آب 5 تا 10 سال است و عمر مفید رزین آنیونی در تصفیه آب 4 تا 8 سال است.
ظرفیت رزین کاتیونی
ظرفیت یک رزین سختی گیر کاتیونی به این مفهوم است که چقدر می تواند با محیط خود تبادل یونی انجام دهد. معمولا بر حسب اکی والان از یون های قابل تعویض و یا میلی گرم معادل کربناتی به ازا واحد حجم رزین بیان می شود.
تورم پذیری رزین کاتیونی
رزین های سختی گیر تمایل به جذب رطوبت دارند. مقدار رطوبت جذب شده توسط رزین سختی گیر به گروه عاملی و پیوندهای متقابل در ساختار آن وابسته است.تورم و انقباض های پی در پی موجب کاهش عمر رزین تبادل یونی کاتیونی می شود.
اندازه ذرات در رزین سختی گیر
رزین تبادل یونی در اندازه ذرات و اندازه بستر مختلف ارائه می شوند. رزین های تبادل یونی متداول به فرم بسترهای کروی با اندازه ذرات یکنواخت تولید می شوند.ذرات کوچکتر سینتیک (جنبش ) واکنش تبادل یونی را بهبود می دهند اما منجر به افزایش افت فشار آب و کاهش شدت جریان می شوند.
پایداری رزین سختی گیر
پایداری مکانیکی یا فیزیکی رزین تبادل یونی کاتیونی عمدتا تحت تاثیر سختی ساختار پلیمری و تناوب سیکل های تورم و انقباض در رزین تعویض یونی است.
عواملی مثل ته نشین شدن مواد (مانند هیدروکسید آهن) و گرفتگی حفرات رزین تبادل یونی ، تغییر شکل گروه های عاملی و شکستن ساختار پلیمری رزین تبادلی در نتیجه کاهش ظرفیت تبادل یونی منجر به تجزیه شیمیایی رزین تعویض یونی می شود.
احیا یا فعالسازی مجدد رزین های کاتیونی
احیای رزین فرآیندی است که طی آن با شستشو دادن رزین در آب نمک خاصیت سختی‌گیری رزین به آن بر می‌گردد. پس از انجام تبادل یون ، می توان تبادلگر را با محلولی از سدیم کلراید شستشو داد و رزین را دوباره به فرم سدیمی تبدیل کرد.فرآیند احیای تبادلگر، یک فرآیند برگشت پذیر است و تغییرات به وجود آمده در تبادلگر دائمی نیستند. در صورت انجام فرآیند احیای مناسب، میلیون ها لیتر آب را می توان توسط یک متر مکعب رزین تبادل یونی در طول سالیان تصفیه کرد.به محض آنکه مشاهده کردید میزان آب سخت دارد از حد مجاز بیشتر می شود، بدانید وقت آن رسیده که رزین‌های خود را احیا کنید.
راندمان احیا چنین تعریف می شود:
یون های موجود در کل حجم ماده احیا کننده / کل یون های تعویض شده با رزین =راندمان احیا
احیای رزین کاتیونی اسید قوی
رزین کاتیونی قوی مصرف شده می تواند بازیابی و احیا شود. احیا در فرم هیدروژنی با استفاده از یک اسید قوی (مثل HCl) و احیا در فرم سدیمی با استفاده از محلول سدیم کلرید (NaCl) انجام می شود.برای احیاء رزین کاتیونی قوی باید رزین را با آب نمک شستشو دهیم که در طی آن یون‌های منیزیم و کلسیم محبوس در شبکه رزین با سدیم نمک تعویض شوند.در پایان کار احیاء، رزین کاتیونی ( رزین سختی گیر ) را با آب تازه می‌شویند تا نمک اضافی حذف شده و دستگاه آماده سرویس گردد. در زمان احیاء با نمک طعام، رزینی که پر از یون‌های کلسیم است دوباره به صورت رزین کاتیونی سدیمی در می‌آید.
احیای رزین کاتیونی اسید ضعیف
برای احیای رزین کاتیونی ضعیف از هر نوع اسیدی می توان استفاده کرد. بازیافت و بازیابی رزین کاتیونی ضعیف با بازدهی بالا قابل انجام است. رزین کاتیونی ضعیف تمایل بالایی نسبت به یون های هیدروژن دارند و در نتیجه احیای آنها به سادگی با استفاده از مقدار استوکیومتری از اسید صورت می گیرد.
خرید رزین سختی گیر
بازار رزین سختی گیر در ایران به علت وجود تحریم های موجود دچار آشفتگی های بسیار زیادی شده است. در وهله اول لازم است تا بدانید چه نوع رزین سختی گیری برای کاربری شما مناسب است. همانطور که بالاتر اشاره شد، رزین سختی گیر به دو دسته اصلی رزین کاتیونی قوی و رزین کاتیونی (رزین سختی گیر) ضعیف تقسیم می شوند. همچنین با توجه به نوع کاربری آنها به دو شکل هدروژنی و سدیمی نیز قابل مصرف هستند. در نوع سدیمی با توجه به احیا با آب نمک 10 درصد در مقایسه با نوع هیدروژنی سهولت بیشتری در مصرف داشته و آلودگی محیط زیستی کمتری نیز ایجاد خواهد کرد.
نمایندگی کنفتک کانادا با ارائه بهترین رزین های کاتیونی (رزین سختی گیر) خیال مصرف کنندگان را نسبت به کیفیت و اصالت محصولات راحت نموده است. همچنین داشتن ضمانت ظرفیت تبادل یونی این محصول نیز یکی از مهمترین مزیت های رقابتی رزین سختی گیر کنفتک می باشد.
منبع: irancanftech