واکنش های تبادل یونی

رزین های تبادل یونی و تبادل یونی

تبادل یونی یک روش تصفیه آب است که برای حذف ناخالصی های محلول ناخواسته از آب و سایر محلول های مایع استفاده می شود. فرآیندی که توسط آن انجام می شود از طریق تبادل یون های آلاینده با یون های یک ماده مطلوب است. این یون ها حاوی یک بار الکتریکی مثبت به نام کاتیون یا یک بار منفی به نام آنیون هستند. یون های مبادله شده باید دارای همان نوع (+ یا -) بار الکتریکی باشند تا بار خنثی آب حفظ شود.در این مقاله می خواهیم شما را با رزین سختی گیر ( رزین تصفیه آب) آشنا کنیم.

آلاینده های محلول در آب

یون ها معمولاً زمانی تشکیل می شوند که یک آلاینده در آب حل شود. هنگامی که مواد محلول در آب هستند، همچنان به صورت کریستالی شفاف ظاهر می شوند. از سوی دیگر، اگر آلاینده ها ذرات جامد باشند، آب کدر می شود. مواد جامد را می توان با روش های مختلف فیلتر کردن از آب حذف کرد. این ذرات جامد ابتدا باید قبل از جایگزینی ذرات محلول از طریق تبادل یونی از آب خارج شوند.

نرم شدن آب با استفاده از تبادل یونی

یکی از کاربردهای رایج رزین تصفیه آب در نرم کردن آب است. آب سخت در درجه اول حاوی یون های کلسیم و منیزیم محلول است. این یون‌ها می‌توانند رسوب کنند و در لوله‌های آب و دیگ‌های کارخانه ایجاد جرم‌گیری کنند و در صورت حذف نشدن منجر به آسیب به سیستم شوند.

برای نرم کردن آب، یون های کاتیون سخت (کلسیم و منیزیم ) را با کاتیون دیگری که منجر به تشکیل رسوب نمی شود، مبادله می کنیم. این فرآیند شامل استفاده از دانه‌های رزین سختی گیراست که با سدیم (Na+) شارژ شده‌اند. این سیستم یون های سخت Ca++ و Mg++ را از طریق دانه های رزین سختی گیرعبور می دهد که این کاتیون ها را با دو یون سدیم جایگزین می کند.

واکنش تبادل یونی را می توان به صورت زیر نشان داد:

2 RNa + Ca++ -> R2Ca + 2 Na+

هر یون کلسیم یا منیزیم که وارد دانه رزین سختی گیر می شود با دو یون سدیم که از مهره خارج می شوند مبادله می شود. یون های آنیون نمی توانند وارد مهره رزین شوند، زیرا مهره حاوی آنیون سولفونات دائمی (SO3-) است که یون مثبت آب را دفع می کند. این تبادل به دلیل ترجیح دادن دانه رزین به کلسیم و منیزیم بر سدیم صورت می گیرد. نتیجه نهایی جایگزینی یون های سخت با یون های سدیم است اگرچه شوری آب بدون تغییر باقی می ماند. تنها اجزای تشکیل دهنده شوری آب است که در طی فرآیند نرم شدن یا تبادل یونی تغییر می کند. مهم است که توجه داشته باشید، در صورت تمایل، یون های سخت را می توان با پتاسیم در ترکیب یا جایگزینی برای یون های سدیم تعویض کرد.

معدنی زدایی

دمینرالیزاسیون با تبادل یونی یک فرآیند دو مرحله ای است که شامل تصفیه با هر دو رزین تبادل کاتیونی و آنیونی است. شما کاتیون های محلول در آب را با یون های هیدروژن (H+) و آنیون های محلول را با یون های هیدروکسید (OH–) جایگزین می کنید. از طریق این فرآیند، یون‌های کاتیون و آنیون جدید برای تشکیل مولکول‌های آب جدید ترکیب می‌شوند. این ترکیب را می توان به صورت زیر نشان داد:

H+ + OH– -> HOH -> H2O

نتیجه خالص این تبادل حذف کامل آلاینده های یونی است. آلاینده های یونی به دو رزین مبادله ای متصل می شوند و آب کاملاً غیر معدنی می شود.

نحوه عملکرد رزین های تبادل یونی

عملکرد رزین های تبادل یونی شامل تبادل یون گروه عاملی آن با یون موجود در محلول است که باید حذف شود. بسته به نوع یونی که باید حذف شود، از یک نوع رزین یا دیگری استفاده می شود.

به عنوان مثال: در مورد تصفیه آب، برای از بین بردن کاتیون های Mg + یا Ca ++، می توان از یک رزین کاتیونی قوی اسیدی استفاده کرد، به طوری که کاتیون های حذف شده با کاتیون های H+ رزین که توسط آن حفظ می شود تعویض می شوند. .

ممکن است رزین به عنوان یک کاتالیزور عمل کند، در این حالت برای انجام واکنش، پروتون اسیدی را رها می کند، اما آن را بازیابی می کند تا ترکیب رزین تغییر نکند.

 رزین ها در بسترهای ثابتی نصب می شوند که محلول مورد نظر از آن عبور می کند. هنگامی که رزین ظرفیت تبادل یونی خود را از دست می دهد یا تمام می شود، بازسازی انجام می شود و یک محلول احیا کننده با یون اصلی که مربوط به آن است از آن عبور می کند. این یون به رادیکال‌های موجود در رزین متصل می‌شود و یون‌های باقی‌مانده در طول عملیات عادی را جابجا می‌کند. متداول ترین محلول های احیا کننده عبارتند از اسید کلریدریک یا سولفوریک، سود سوزآور یا محلول کلرید سدیم.