احیا رزین کاتیونی و آنیونی (احیا رزین میکس بد)

احیا رزین کاتیونی و آنیونی (احیا رزین میکس بد) چگونه است؟ برای تصفیه آب اغلب بهترین روش استفاده از سیستم و دستگاه اسمز معکوس است.  بیشتر صنایع برای تصفیه آب صنعتی از دستگاه تصفیه اب صنعتی اسمز معکوس استفاده می کنند. این دستگاه با استفاده از فیلتر های اسمز معکوس قادر است میزان سطح مواد آلی و مواد معدنی آب را کاهش دهد و به نوعی آب سخت را به آب نرم تبدیل کند. بعد از این مرحله لازم است آب خروجی از ستون های رزین سختی گیر نیز عبور داده شوند تا یون های باقی مانده در آب حذف شوند.

رزین های سختی گیر آب ظرفیت محدودی دارند و در نهایت اشباع می شوند. سپس یا باید رزین های تبادل یونی تعویض شوند یا برای احیا رزین کاتیونی و آنیونی (احیا رزین میکس بد) اقدام شود. تعویض رزین زمانی مقرون به صرفه تر است که میزان آن کم باشد و یا میزان مصرف آب در دستگاه چندان زیاد نباشد. اما در صنایع بزرگ و بسیاری از کاربردها که میزان مصرف آب دیونیزه و استفاده از سیستم اسمز معکوس زیاد است نیاز است از روش احیا رزین کاتیونی و آنیونی (احیا رزین میکس بد)  استفاده شود. زیرا باعث صرفه جویی در هزینه ها می شود و بسیار کارآمد است.

رزین کاتیونی چیست؟

به صورت کلی بازسازی یا احیا رزین کاتیونی و آنیونی (احیا رزین میکس بد) با حذف مواد معدنی جذب شده توسط رزین و جایگزینی آنها با هیدروکسید یا یون های هیدرونیوم اتفاق می افتد. رزین های بستر مخلوط متشکل از رزین های تبادل کاتیونی و آنیونی هستند که به صورت مهره های کروی ریز از جنس پلاستیک تشکیل شده اند. رزین های نوع کاتیونی با استفاده از گروه های عاملی با بار منفی ساخته شده اند و این به مهره های پلاستیکی یک بار منفی ذاتی می دهد. این مهره ها قادر هستند یون های دارای بار مثبت را جذب و نگه دارند که در شیمی به آنها “رزین تبادل کاتیونی” یا “رزین کاتیونی” گفته می شود.

رزین آنیونی چیست؟

نمونه دیگر رزین ها که به صورت ذاتی با گروه های عاملی با بار مثبت ساخته شده اند که می تواننند یون های دارای بار منفی را جذب و نگهداری کنند که به اصطلاح به آنها “رزین تبادل آنیونی” یا “رزین آنیونی” گفته می شود. رزین های تبادل یونی زمانیکه برای اولین بار ساخته می شوند رزین های کاتیونی با یون هیدرونیوم و رزین های آنیونی با یون هیدروکسید بارگذاری شده اند.

نحوه کار رزین های تبادل یونی

نحوه کار این رزین های سختی گیر بدین شکل است که برای حذف مواد معدنی و آلی از آب رزین های تبادل یونی (رزین کاتیونی و رزین آنیونی)  می توانند یون ها را تعویض کنند و باعث تبدیل آب سخت به آب نرم شوند. طی این فرآیند مواد معدنی جذب رزین ها شده و یون های هیدرونیوم و هیدروکسید آزاد می شوند. با توجه به اینکه این فرایند برگشت پذیر است در صورت اشباع رزین ها می توانیم از واکنش های تعادلی و برگشت پذیری استفاده کرده و رزین های کاتیونی و آنیونی را احیا یا بازسازی کنیم.

بررسی بازسازی رزین های میکس بد پرولایت

در سیستم های تبادل یونی که شامل بستری از رزین های کاتیونی پرولایت و رزین های آنیونی پرولایت هستند باید با غلظت بالا (10 درصد آب نمک) نمک یا سایر مواد شیمیایی احیا کننده را اضافه کرد تا رزین بازیابی شود.

مراحل بازسازی رزین های پرولایت شامل فرآیندهای متعددی است، از جمله:

• شستشوی معکوس
• تزریق مواد شیمیایی
• آبکشی آهسته
• آبکشی سریع

اولین مرحله برای احیا رزین های پرولایت انجام عملیات شستشوی معکوس است که با جریان آب به سمت عقب از پایین بستر اتفاق می افتد. این کار باعث جا به جایی مهره های رزین می شود و خاک و زباله ها و مواد نامحلول را از بین می برد. علاوه بر این به حذف هوای موجود در بستر رزین کمک می کند. با استفاده از شستشوی معکوس می توانید از افت فشار جلوگیری کنید و یک بستر یکنواخت داشته باشید.

مرحله بعدی اضافه کردن محلول آب نمک و سایر مواد شیمیایی برای احیا رزین های پرولایت است. سپس لازم است آبکشی آهسته اتفاق بیفتد و ماده احیا کننده از سیستم خارج شود. سپس در مرحله بعدی با شستشوی سریع با آب دیونیزه شده اطمینان حاصل می شود که کیفیت آب و رزین ها مناسب است. بعد از این مراحل رزین های پرولایت به سیستم اضافه می شوند.

به صورت کلی آب مصرفی برای شستشو و احیا رزین های پرولایت زیاد است. به عنوان مثال کل زمان بازسازی کمتر از 2 ساعت است و کل آب مصرفی حدود 7 برابر حجم رزین می باشد: 15 لیتر بستر = 105 لیتر (50 gal./ft 3 ) فاضلاب تخلیه می شود.

نکته مهم:

هنگامی که یک سیستم رزین احیا می شود  تنها حدود 60 تا 80 درصد از کل ظرفیت رزین تبادل یونی بازیابی می شوند.

توجه کنید  قیمت رزین پرولایت می تواند بر اساس نوع رزین کاتیونی و آنیونی پرولایت، ساختار و درجه خلوص متفاوت، تعداد دفعات احیا کنندگی و مقاومت مکانیکی متفاوت، متغیر باشد. شما می توانید از طریق همین لینک قیمت ها را مشاهده کنید.

 

 

احیا رزین های میکس بد

رزین های میکس بد یا رزین های مخلوط کاتیونی و آنیونی بازدهی بهتری برای نرم کردن آب دارند. آنها قادر به حذف سختی آب بیشتری هستند. به همین دلیل اغلب از رزین سختی گیر (میکس بد) در سیستم های اسمز معکوس استفاده می شود. احیا رزین های میکس بد کمی سخت تر است زیرا ما مخلوطی از دو رزین با بار مخالف داریم. دقت داشته باشید با هر ماده احیا کننده می توانید یک نوع رزین را بازسازی و احیا کنید که این موضوع می تواند نوع دیگر رزین را کاملاً اشباع کند. به همین دلیل برای احیای رزین های میکس بد لازم است رزین ها را ابتدا تفکیک و بعد به صورت جداگانه احیا کنیم.

تفکیک رزین های کاتیونی و آنیونی در بستر میکس بد به دلیل چگالی متفاوت آنها امکان پذیر است. برای این کار ابتدا لازم است مایعی بسازیم که بتواند چگالی متوسطی بین دو نوع رزین ایجاد کند. در این حالت رزین های کاتیونی اغلب در کف ته نشین می شوند و رزین های آنیونی در بالا و روی سطح آب به صورت شناور قرار می گیرند. توجه داشته باشید به اندازه میزان و حجم رزین باید حدود دو برابر آن آب اضافه کنید. بهعنوان مثال اگر شما حدود 80 میلی لیتر رزین دارید باید 170 میلی لیتر آب اضافه کنید. ابتدا 170 میلی لیتر آب را با 30 گرم هیدروکسید سدیم اضافه میکنیم و آن را هم می زنیم تا حل شود. غلظت هیدروکسید سدیم در این محلول حدود 15 درصد است. و چگالی این محلول در دمای اتاق 1.68 گرم در میلی لیتر است. این میزان چگالی برای جداسازی رزین های کاتیونی و آنیونی از بستر میکس بد مناسب است.

در مرحله بعدی محلول هیدروکسید سدیم را به بستر میکس بد اضافه می کنیم. با اضافه شدن این محلول دو اتفاق می افتد اول اینکه محلول باعث جداسازی رزین های کاتیونی و آنیونی می شود و دوم اینکه این محلول نوعی احیا کننده برای رزین های تبادل آنیونی محسوب می شود.

اغلب رزین های آنیونی دارای چگالی 1.07 گرم در میلی لیتر در حالت هیدروکسید دارند. از آنجایی که محلول  1.168گرم در میلی لیتر است رزینی شناور می شود که سبک تر است. توجه داشته باشید هر چقدر هیدروکسید سدیم بیشتر باشد اختلاف چگالی بیشتر ایجاد می شود و نسبت جداسازی بهتر اتفاق می افتد.

رزین کاتیونی در حالت استفاده نشده هیدرونیوم دارای چگالی معمولی 1.2 گرم در میلی لیتر است. اما از آنجایی که ما از هیدروکسید سدیم استفاده می کنیم تمام مواد معدنی و یون های هیدرونیوم جذب شده را با سدیم مبادله می کنیم. فرم سدیم به دلیل چگالی 1.28 گرم در میلی لیتر به جداسازی رزین های آنیونی و کاتیونی کمک می کند. اما با این حال هم زدن ظرف هم می تواند به جداسازی بهتر کمک کند و رزین های مخالف را از هم جدا کند. توجه داشته باشید که رزین ها را بیش از اندازه هم نزنید و گرنه امکان دارد دوباره با هم مخلوط شوند.

بعد از جداسازی رزین ها از یکدیگر لازم است رزین تبادل آنیونی از ظرف خارج شود این کار می تواند به چند روش اتفاق بیفتد. می توانیم با استفاده از یک غربال مشک یا توسط یک قیف جداسازی رزین ها را به ظرف دیگر بریزیم. تنها نکته ای که در جداسازی بهتر رزین های میکس بد باید در نظر داشته باشید رعایت نسبت و غلظت هیدروکسید سدیم است که باید به صورت 15 درصد بر حسب جرم (3.17) نظر داشته باشید. یکی از روش های احیا رزین در آکواریوم استفاده از محلول هیدروکسید سدیم با غلظت 15 درصد است که باعث جداسازی رزین های بستر میکس بد می شود.

یک روش رایج دیگر برای ریختن رزین آنیونی در ظرف دیگر استفاده از بطری نوشابه است. بطری نوشیدنی با درپوش فشاری مثل یک قیف جدا کننده عمل می کند و به راحتی می تواند رزین های آنیونی را از کاتیونی جدا کرد.

 

نکات مهم:

در زمان جداسازی رزین کاتیونی از آنیونی ممکن است برخی از دانه های رزین تبادل کاتیونی در داخل ظرف رزین آنیونی وجود داشته باشد. در چنین حالتی باید دوباره از محلول هیدروکسید سدیم استفاده کنیم تا بازیابی کامل اتفاق بیفتد. سپس لازم است محلول هیدروکسید سدیم دور ریخته شود و رزین های آنیونی تنها شوند. بعد از این مراحل لازم است آثار باقی مانده از هیدروکسید سدیم را بشوییم  و از آب دیونیزه برای شستشو استفاده کنیم تا زمانیکه مطمئن شویم tds آب دیونیزه شده حاصل از شستشوی رزین صفر است.( مطابق شکل)

شاید این پرسش مطرح شود که چرا باید شستشوی رزین را انجام دهیم؟

یکی از علت های مهم عملیات شستشو وجود محلول هیدروکسید سدیم در ظرف است که می تواند در عملکرد جذب رزین های کاتیونی تاثیر بگذارد و ظرفیت آن را کاهش دهد. به همین دلیل شستشو با آب دیونیزه می تواند باعث بهره وری بیشتر شود.

برخی از افراد برای احیا رزین آکواریوم فقط چند بار شستشو را انجام می دهند و ترجیح می دهند زمان و آب را هدر ندهند. در این صورت ممکن است رزین ها با افت اندک کار خود را انجام دهند و برای عملکرد بهتر رزین ها پیشنهاد می شود تا رسیدن tds آب دیونیزه شده صفر شستشو رزین را ادامه دهید.

 

احیا رزین آنیونی

زمانیکه شما از محلول هیدروکسید سدیم استفاده می کنید عملاً دو اتفاق می افتد اول اینکه جداسازی رزین های کاتیونی و آنیونی انجام می شود. دوم اینکه احیا رزین آنیونی با همان محلول هیدروکسید سدیم اتفاق می افتد و یون های سدیم و یا هیدروکسید های فلزی نامحلول بر روی رزین آنیونی قرار می گیرند. بعد از این مرحله باید رزین های کاتیونی را با آب دیونیزه چند بار شستشو دهیم تا کاملاً تمیز شود.

 

احیا رزین کاتیونی

رزین های کاتیونی ابتدا باید جدا سازی شوند سپس با آب دیونیزه آنها را چند بار شستشو دهیم تا از یون های هیدروکسید سدیم رهایی یابیم. برای احیا رزین کاتیونی لازم است از اسید کلریدریک استفاده کنیم و باید غلظت اسیدی حدود 5 تا 7 درصد باشد. به عنوان مثال برای 400 میلی لیتر آب دیونیزه شده باید 100 میلی لیتر اسید کلریدریک 30 درصد اضافه کنیم. بهتر است بعد از اضافه کردن اسید بگذارید یک ساعت بماند و هر ده دقیقه یکبار هم بزنید.  طی این واکنش یون های هیدرونیوم جایگزین سایر کاتیون ها می شود. با این واکنش رزین ها یک تغییر رنگ جزیی می کنند. بعد از این مرحله باید رزین های کاتیونی را با آب دیونیزه چند بار شستشو دهیم تا کاملاً تمیز شود و tds اب به صفر برسد.

 

نگهداری بعد از احیا رزین کاتیونی و آنیونی (احیا رزین میکس بد)

وقتی رزین ها با آب دیونیزه تمیز شدند باید به میزان مورد نیاز آنها را کنار بگذارید. به بیان ساده تر بعد از احیا رزین کاتیونی و آنیونی (احیا رزین میکس بد) نحوه نگهداری آنها مهم است. بهتر است آنها را در ظروف درب بسته نگهداری کنیدزیرا رزین ها با دی اکسید کربن موجود در هوا واکنش نشان می هند و جذب و تخلیه می شوند. برای نگهداری در مقدار کمتر بهتر است از بطری های نوشیدنی برای رزین های کاتیونی و آنیونی استفاده شود که بتوان درب آنها را محکم بست.

سوالات متداول در مورد احیا رزین

• چند بار می توان رزین ها کاتیونی و آنیونی را احیا کرد؟

تعداد دفعات برای احیا رزین بستگی به نوع رزین، برند، سختی آب و … دارد. اما به صورت معمول رزین ها دیر خراب می شوند و می توانند در طول صدها چرخه دوام بیاورند. آلاینده های آلی می توانند رزین را حل کرده و با گروه های عاملی واکنش دهند و خواص ان را از بین ببرند. بهترین روش برای تشخیص تعویض رزین کاتیونی و آنیونی استفاده از گزارشات منظم است. اگر tds آب خیلی بالا رفته باشد و با احیا رزین این مساله قابل حل نباشد احتمالاً زمان تعویض رزین ها فرا رسیده است.

• آیا می توان از احیا کننده دیگری به جز هیدروکسید سدیم یا اسید کلریدریک استفاده کرد؟

در اصل شما می توانید تا زمانیکه غلظت بالایی از یون های مورد نظر خود را فراهم کنید، یون های نامطلوب را از چرخه حذف کنید. برای تبادل آنیونی می توان از هر منبع قوی یون هیدروکسید استفاده کرد. هیدروکسید سدیم ارزان ترین و پرطرفدارترین نوع احیا کننده است. علاوه بر این، هیدروکسید پتاسیم هم می تواند به عنوان یک احیا کننده مناسب محسوب شود.

اما هیدروکسید هایی که حلالیت کمتری دارند مانند هیدروکسید کلسیم مناسب برای احیا رزین ها نیست. زیرا نمی توانند محلول هایی با غلظت هیدروکسید بالا برای بازسازی موثر رزین های تبادل یونی ایجاد کنند.

اسید کلریدیک بیشترین استفاده را برای احیا رزین های کاتیونی دارد. اما اسید سولفوریک هم یک گزینه مناسب برای احیا رزین های کاتیونی محسوب می شود و می تواند سولفات کلسیم را رسوب دهد. افراد مبتدی و یا کارگاه های کوچک بهتر است از اسید کلریدیک استفاده کنند.

• آیا روش دیگری به جز جداسازی بر اساس چگالی برای تفکیک رزین ها وجود دارد؟

بله محلول های نمکی یا کلرید سدیم بسیار غلیظ می توانند چگالی کافی برای جداسازی رزین را داشته باشند. علاوه بر این استفاد از سیستم های حرفه ای که مبتنی بر آب است می توانند با استفاده از هم زن دقیق رزین آنها را از یکدیگر جدا کنند. در این صورت رزین های آنیونی در بالای رزین های کاتیونی قرار می گیرند.