تفاوت بین رزین های تبادل کاتیونی و آنیونی

تحریریه سایت

رزین‌های تبادل یونی از مواد پلیمری بسیار متخلخل و نامحلول در اسید، باز و آب تشکیل‌شده‌اند. دانه‌های ریزی که این رزین‌ها را تشکیل می‌دهند، از هیدروکربن مشتق شده‌اند و حدود ½ میلی‌متر قطر دارند. رزین‌های تبادل آنیونی و کاتیونی دودسته اصلی رزین‌های مورداستفاده در تبادل یونی هستند. در این دو دسته، چهار نوع اصلی رزین‌های تبادل یونی وجود دارد که شامل آنیون پایه قوی، آنیون پایه ضعیف، کاتیون اسیدی قوی و کاتیون اسیدی ضعیف می‌شود. مهم‌ترین تفاوت رزین کاتیونی و آنیونی در این است که یکی دارای بار مثبت (کاتیون) و دیگری بار منفی (آنیون) می‌باشد.

بسته به نیاز تأسیسات و در صورت لزوم حذف کامل یون‌های دارای بار مثبت و منفی، می‌توان دانه‌های رزین سختی گیر پرولایت را با هم برای پیکربندی بستر مخلوط یا در مخازن جداگانه در پیکربندی تخت دوقلو استفاده کرد.

معرفی رزین کاتیونی و آنیونی

رزین‌های تبادل کاتیونی و آنیونی اجزای رایج و ضروری در سیستم‌های مدرن تصفیه آب صنعتی هستند. آب منبع اغلب حاوی بسیاری از مواد معدنی محلول است که باید حذف شوند تا مبادا بر سیستم‌های صنعتی حساس آسیبی وارد کنند. مقادیر کمی از این مواد معدنی می‌توانند کارایی تجهیزات صنعتی را کاهش دهند و اجزای ظریف الکتریکی را آلوده کنند. رزین‌های تبادل کاتیونی و آنیونی را می‌توان به‌عنوان آهنرباهای قدرتمندی در نظر گرفت که مواد معدنی آلوده را از آب منبع عبوری، توسط یک جاذبه الکترومغناطیسی جذب و نگه می‌دارند.

رزین‌های کاتیونی به‌طور طبیعی مجموعه خاصی از مواد معدنی را جذب می‌کنند. رزین‌های آنیونی نیز مجموعه دیگری از مواد معدنی را جذب می‌نمایند. بنابراین یکی از تفاوت رزین کاتیونی و آنیونی نحوه عملکرد آن‌ها در جذب یون‌های مثبت و منفی است. مورد دیگر تفاوت این دو رزین در احیای آن‌ها می‌باشد که در ادامه همه این موارد توضیح داده‌شده است.

تفاوت در عملکرد رزین کاتیونی و آنیونی

اگرچه کاربرد رزین کاتیونی و آنیونی در صنایع مختلف بسیار گسترده است، اما عملکرد این دو رزین در صنایع باهم متفاوت می‌باشد. در حقیقت، هر دو این رزین‌ها برای تبادل یون‌ها در محلول استفاده می‌شوند. برجسته‌ترین تفاوت رزین کاتیونی و آنیونی در این است که یون‌های دارای بار منفی به رزین آنیونی با بار مثبت جذب می‌شوند. در حالی که رزین‌های کاتیونی با بار منفی خود، یون‌های مثبت را جذب می‌کنند. همچنین تعدادی از خواص فیزیکی و شیمیایی وجود دارد که باید هنگام انتخاب رزین آنیون در مقابل کاتیون موردتوجه قرار گیرد و به تعیین بهترین رزین برای عملیات موردنظر کمک می‌کند. این خواص عبارتند از:

تفاوت در عملیات دمینرالیزاسیون و دکالیزاسیون

در واقع تفاوت رزین کاتیونی و آنیونی در هنگام انجام عملیاتی همچون دمینرالیزاسیون و دکالیزاسیون مشخص می‌شود. به‌طور کلی، رزین‌های آنیونی پایه قوی ممکن است برای دمینرالیزاسیون یا دکالیزاسیون استفاده گردند. در حالی که رزین‌های آنیون پایه ضعیف برای حذف اسیدها و مواد آلی از آب، بهترین عملکرد را دارند. بنابراین رزین‌های آنیونی عمدتاً برای حذف قلیاییت از آب تغذیه دیگ بخار با مقدار کم تا متوسط کل جامدات محلول استفاده می‌شوند. همچنین ممکن است از رزین‌های آنیونی برای حذف کربنات، بی کربنات، سولفات‌ها و نیترات‌ها از آب تغذیه استفاده شود.

تفاوت رزین کاتیونی و آنیونی نشان می‌دهد رزین‌های کاتیونی اسیدی قوی را عمدتاً برای دکالیزاسیون (بیشتر به‌صورت هیدروژنی) یا برای جداسازی جریان تقسیم‌شده استفاده می‌شوند. با این حال، هم با استفاده از رزین آنیونی و هم با استفاده از رزین کاتیونی در فرآیند دکالیزلسیون به استفاده از اسیدهای خطرناک برای بازسازی بسترهای رزین و همچنین استفاده از یک گاز زدا برای حذف دی اکسید کربن ایجادشده در طول فرآیند، نیاز است.

همچنین از رزین‌های کاتیونی اسید ضعیف نیز می‌توان برای دمینرالیزاسیون و دکالیزاسیون استفاده کرد. در اکثر موارد تصفیه آب، رزین‌های کاتیونی اسید ضعیف برای حذف یون‌های دو ظرفیتی مرتبط با قلیاییت استفاده می‌شوند. رزین‌های کاتیونی اسیدی ضعیف، زمانی بهترین عملکرد را دارند که آب دارای نسبت سختی و قلیایی 1:1 یا بالاتر باشد.

تفاوت در مقدار ماده احیاکننده رزین کاتیونی و آنیونی

علاوه بر تفاوت رزین کاتیونی و آنیونی در عملکرد، این دو نوع رزین در مقدار ماده احیاکننده و ظرفیت عملیاتی بستر نیز متفاوت هستند. این تفاوت از نظر اقتصادی بر میزان مصرف رزین کاتیونی و آنیونی تأثیرگذار خواهد بود. در واقع در یک مبدل با بستر ثابت، بین ظرفیت عملیاتی بستر و مقدار ماده احیاکننده مصرفی ارتباطی وجود دارد. برای استفاده از رزین‌های آنیونی و کاتیونی مقدار مصرف آن‌ها بر اساس نسبت مقدار یون حذف‌شده در حین تصفیه به کل یون‎هایی که امکان 100 درصد حذف در راندمان را دارند، مشخص می‌شود. به همین دلیل، مقدار یون موجود در حجم ماده احیاکننده باید با مقدار یون حذف‌شده از رزین برابر باشد تا بتوان آن را بازیابی و احیا کرد.

در صورتی که مقدار یون موجود در حجم ماده احیاکننده کاهش پیدا کند، میزان رزین مصرفی افزایش می‌یابد. بنابراین عمده‌ترین تفاوت رزین کاتیونی و آنیونی از نظر مقدار ماده احیاکننده، به قوی و ضعیف بودن رزین‌ها بستگی دارد.

جمع‌بندی

همان‌طور که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفت، رزین‌های کاتیونی و آنیونی دو رزین رایج مورداستفاده در فرآیند تبادل یونی هستند. رزین‌های آنیونی، یون‌های دارای بار منفی را جذب می‌کنند. در حالی که رزین‌های کاتیونی، یون‌های دارای بار مثبت را جذب می‌نمایند. تفاوت رزین کاتیونی و آنیونی بدین معنی است که رزین‌های کاتیونی، یون‌های دارای بار مثبت مانند سدیم را با کلسیم جایگزین می‌کنند. اما رزین‌های آنیونی، یون‌های دارای بار منفی مانند کلرید را با آرسنیک مبادله می‌نمایند.

تفاوت رزین‌های کاتیونی و آنیونی چیست: رزین آنیونی و کاتیونی پلیمرهایی با قدرت جذب و اتصال بسیار قوی هستند که در صنایع مختلف از جمله تصفیه آب مورد استفاده قرار میگیرند. این ذرات ریز که دارای دو قطب باردار هستند، قدرت تبادل یون بالایی داشته و بر اساس اینکه کاتیون هستند یا آنیون، کاربردهای متفاوتی خواهند داشت. گروه صنعتی هفت؛ ارائه دهنده در ادامه به معرفی ویژگی های رزین های آنیونی و کاتیونی قوی و ضعیف و ویژگی های هر یک پرداخته و قیمت و نحوه خرید آنها را نیز بررسی خواهد نمود.

آنچه در این مطلب می خوانید:

رزین چیست؟

رزین ذرات ریز و پلیمرهایی هستند که در نمونه های طبیعی آن ها از صمغ درختان تهیه شده و نوع مصنوعی که در صنعت مورد استفاده قرار میگیرد، به صورت آزمایشگاهی تهیه می گردد. این ذرات در حالت کلی دارای دو قطب ناهمنام هستند و به همین دلیل به شدت در تبادل یون های محیط شرکت نموده و منجر به اتصالات قوی می گردند. همان طور که از نام این دو گروه رزین مشخص است، در نوع کاتیونی یک قطب مثبت فعال و در نوع آنیونی یک قطب منفی فعال برای تبادل یون موجود می باشد. به همین دلیل نوع یون هایی که این دو گروه جذب میکنند و کاربرد آنها با هم متفاوت خوهد بود.

بدون در نظر گرفتن بار موجود در قطب های این دانه های پلیمری، می توان گفت رزین دانه های بسیار ریز با شعاع 0.5 تا 0.25 میلیمتر می باشد که در کاهش سختی آب تاثیر بسیار بالایی دارد.

رزین بستر مختلط چیست؟

رزین های آنیونی و کاتیونی هر یک دارای ویژگی های خاصی بوده و یون های متفاوتی را هدف قرار می دهند. با توجه به اینکه سیال مورد نظر برای تصفیه و حذف یون ها چه ویژگی هایی داشته و چه ترکیباتی در آن وجود دارد، نوع رزین مورد استفاده فرق خواهد داشت. در برخی از صنایع با توجه به درجه خلوص بسیار بالای که مورد نیاز است، از هر دو نوع رزین کاتیونی و آنیونی در کنار هم استفاده میشود. به بسترهایی که هر دو نوع رزین آنیونی و کاتیونی در کنار هم به کار میورند اصطلاحا رزین بستر مختلط گفته میشود.

رزین کاتیونی چیست؟

علاوه بر تفاوت هایی که در نوع قطب بادار و فعال رزین وجود دارد، نوع یون هایی که این دانه های پلیمری ریز جذب می کنند با توجه به قوی یا ضعیف بودن یا آنیون نیز با هم متفاوت خواهد بود. بر همین اساس می توان رزین های کاتیونی را به صورت زیر گروه بندی نمود:

رزین کاتیونی قوی

این گروه از رزین ها دارای قطب مثبت فعال بوده و گزینه ای بسیار کاربردی برای می باشند. رزین های کاتیون قوی قادرند کلسیم و منیزیم موجود در آب و همچنین یون های فلزی را با سدیم جایگزین نمایند. به عبارت دیگر، این گروه از دانه های رزین برای حذف یا کاهش سختی دائم آب موثر بوده و البته در برابر منگنز و آهن به شدت ضعیف عمل نموده و کارایی خود را از دست می دهد. از رزین های کاتیونی قوی می توان به پلی استایرن سولفونات اشاره نمود که دارای سولفوریک های فعال هستند.

رزین کاتیونی ضعیف

این گروه از رزین ها برای کاهش سختی موقت آب موثر بوده و به عبارت دیگر، کاتیون هایی که منجر به قلیایی شدن آب هستند را حذف می کند. از جمله رزین های کاتیونی ضعیف می توان به کربوکسیلیک اسید اشاره نمود که COOH گروه عاملی آنها محسوب می گردد و بازدهی بالایی در برابر کاهش یون های عامل سختی موقت دارند.

رزین آنیونی چیست؟

این گروه از رزین ها دارای آنیون فعال بوده و قادرند نیترات ها و کلرایدهای موجود در آب را حذف کنند. این گروه از رزین ها نیز بر اساس نوع آنها عملکرد متفاوتی داشته که به صورت زیر گروه بندی میشوند:

رزین آنیونی قوی

این گروه از رزین ها دارای آنیون فعال بوده و گزینه ای بسیار کاربردی برای کاهش مقدار کلر موجود در آب و همچنین اسیدهای معدنی می باشند. در نوع قوی این رزین ها قادر هستند تا آنیون های موجود در آب را از بین ببرند.

رزین آنیونی ضعیف

رزین های آنیونی ضعیف دارای گروه های 4 تایی آمینو هستند و قادرند تا آنیون اسیدهایی از قبیل اسید نیتریک و اسید کلریدریک را حذف کنند. نکته بسیار مهم اینکه رزین های آنیونی قادر به حذف سیلیکای موجود در آب نبوده و مقاومت بالاتری نسبت به نوع آنیونی قوی دارند.

تفاوت رزین کاتیونی و آنیونی

همان طور که اشاره شد، در برخی از دانه های رزین، کاتیون فعال داشته و به همین دلیل قدرت بالایی در تبادل و حذف کاتیون های موجود در دارند. در مقابل، رزین های آنیونی قادرند تا آنیون های موجود در آب از قبیل نیترات ها و کلرایدها را حذف کنند و با سدیم موجود روی رزین جایگزین کنند. رزین های کاتیونی برای حذف یون هایی از قبیل کلسیم، منیزیم و آهن مورد استفاده قرار میگیرند.

از دیگر تفاوت های رزین آنیونی و کاتیونی می توان به نوع ماده به کار رفته برای احیای آنها اشاره نمود. استفاده مداوم از هر دو نوع رزین به مرور منجر به کاهش کارایی آنها خواهد شد و به همین دلیل رزین های آنیونی با هیدروکسید کربن و رزین کاتیونی با اسید سولفوریک احیا می گردد. همچنین لازم به ذکر است که مقدار رزین مورد نیاز برای حذف یون ها در دو نوع آنیونی و کاتیونی با هم متفاوت می باشند. در حالت کلی مقدار رزین مورد نیاز از نسبت یون های حذف شده به کل یون های موجود در آب بدست می آید.

یکی از قوی ترین انواع رزین نوع کاتیونی اسید قوی می باشد که با سرعت بسیار زیاد تمام کاتیون های موجود در آب را حذف می کند. از مهم ترین ویژگی های این نوع رزین می توان به عدم تغییر ph آب، حذف سریع تمام یون ها و کاتیون ها و قابلیت احیا با محلول های اسیدی و آب و نمک اشاره نمود.

با توجه به اینکه رزین های بر پایه آکرلیک قادر به حذف تمام کاتیون های موجود در آب نمی باشند، به همین دلیل به آنها اسیدی ضعیف گفته میشود. با توجه به نوع کاربرد رزین و درجه خلوص مورد نیاز از آب و سایر سیال ها، می توان هر دو نوع اسیدی قوی و ضعیف را در کنار هم استفاده کرد.

رزین های آنیون بازی قوی از پرکاربردترین نوع رزین برای جداسازی یون های آنیونی در اسیدها می باشد. این رزین ها را می توان به دو گروه عاملی I و II تقسیم بندی کرد که خواص متفاوتی دارند. از مهم ترین ویژگی های این نوع رزین می توان به قدرت بسیار بالا در حذف تمام آنیون ها اشاره نمود.

نوع دیگری از رزین ها تنها قادر به حذف آنیون های موجود در اسیدهای قوی بوده و از آنها برای حذف کربنیک اسید و سیلیسیک اسید نمی توان استفاده کرد.

پرکاربردترین انواع رزین تبادل یونی

علاوه بر دسته بندی های فوق، می توان رزین های تبادل یونی را با توجه به نوع یون هایی که جذب نموده و تبادل آنها رخ می دهد می توان در گروه های متعددی تقسیم بندی کرد. از نمونه های پرکاربرد دانه های رزین در صنایع مختلف می توان به موارد زیر اشاره کرد:

کاربرد رزین آنیونی و کاتیونی در تصفیه آب

همان طور که در طول متن اشاره شد، دانه های رزین برای کاهش سختی آب و همچنین حذف ذرات مضر در آن و بسیار موثر عمل می کند. از مهم ترین کاربردی های رزین های آنیونی و کاتیونی می توان به موارد زیر اشاره نمود:

کاهش سختی آب با رزین

وجود کلسیم و منیزیم و سایر ذرات و فلزات در آب منجر به افزایش درجه سختی آن شده که مشکلات زیادی را برای سلامتی انسان و کاهش کیفیت آب به همراه دارد. برای این منظور از تجهیزاتی از قبیل سختی گیر رزینی استفاده میشود که بستری از سیلیس و دانه های رزین در آن پیاده سازی شده اند. سیلیس موجود باعث میشود تا از فرار بودن دانه های رزین کاهش پیدا کند. عبور آب از روی بستر رزینی باعث میشود تا یون های کلسیم و منزیم با سدیم موجود در رزین جایگزین گردد. جایگزینی و تبادل یون مداوم کلسیم و منیزیم با سدیم موجود روی دانه های رزین به مرور منجر به کاهش قدرت بستر رزین می گردد. به همین دلیل لازم است به شیوه های مختلف از جمله استفاده از محلول آب و نمک و شستشوی معکوس احیای رزین صورت گیرد.

زلال سازی آب با رزین

از دیگر موارد کاربرد دانه های رزین آنیونی و کاتیونی نوع ضعیف می توان به حذف کلر، فلزات سمی و سرب موجود در آب اشاره نمود. خالص سازی یا زلال سازی آب با رزین به معنای حذف جایگزینی یون های سدیم و کلسیم در آنها می باشد. البته لازم به ذکر است که برای افزایش کارایی لازم است از نیز همزمان در کنار رزین استفاده شود، چون قدرت رزین برای حذف این یون ها کم می باشد.

کاربرد رزین در صنعت نساجی

یکی از مهم ترین موارد کاربرد رزین های تبادل یونی در صنعت نساجی می باشد و برای تولید الیاف نایلونی و همچنین بهبود رنگرزی از آن استفاده میشود. در روند تولید نایلون مورد استفاده در نساجی باید یون و ناخالصی های موجود حذف شوند که این امکان با دانه های پلیمری رزین امکان پذیر است. علاوه براین، دانه های رزین تبادل یونی ناخالصی ها را در مرحله رنگرزی از بین برده و منجر به بهبود کیفیت رنگ پارچه ها خواهد شد.
از دیگر موارد کاربرد رزین تبادل یونی آنیونی و کاتیونی در کاهش سختی آب و جلوگیری از تشکیل رسوب بر روی تجهیزات و دستگاه های نساجی می باشد.

کاربرد رزین در صنایع داروسازی

رزین تبادل یونی در صنایع داروسازی کاربرد بسیار زیادی داشته و اهمیت آن در سطح بالایی قرار دارد. از مهم ترین موارد کاربرد آن می توان به استفاده از رزین به عنوان ماده افزودنی به قرص ها اشاره نمود. یون های مورد نظر روی دانه های رزین قرار گرفته و پس از ورود به سیستم گوارشی آزاد شده و وارد بدن میشوند. علاوه براین، از این دانه های پلیمری برای تصفیه آب در فرآیند تولید دارو استفاده شده و یون و املاح را جمع آوری و حذف می کنند.

کاربرد رزین در نیروگاه هسته ای

در صنایع هسته ای نیاز به آب با درجه خلوص بالا در میکس بد و سایر بخش ها وجود دارد تا املاح موجود در آن منجر به تغییر در واکنش ها نشود. یکی از مهم ترین موارد کاربرد رزین های کاتیونی و آنیونی، خالص سازی آب و کاهش یون و املاح در آن می باشد. با توجه به اینکه رزین مقاومت بسیار بالایی در برابر تماس با سایر مواد شیمیایی داشته و با آنها وارد واکنش نشده و تغییر ساختار نمی دهد، به همین دلیل در صنایع هسته ای می توان از آن برای تصفیه آب استفاده نمود.

کاربرد رزین در صنایع غذایی

در صنایع غذایی طعم و عطر و بو مواد تولید شده اهمیت بسیار زیادی دارد و به همین دلیل می توان از دانه های رزین برای این منظور استفاده نمود. به طوریکه یکی از اصلی ترین مواد مورد نیاز در جداسازی کروماتوگرافی رزین های کاتیونی و آنیونی می باشند که در صنعت تولید مواد غذایی و قند و شکر استفاده میشود. رزین های تبادل یونی همان طور که از نامشان مشخص است، قدرت بالایی در تبادل یون دارند. به همین دلیل از آنها می توان برای رسوب گیری و حذف مواد اسیدی در روند تولید مواد غذایی استفاده نمود.
همچنین لازم به ذکر است، رزین در صنعت تولید قند و شکر کاربرد بسیار زیادی دارد. از این دانه ها نه تنها در فرآیند از بین بردن رنگ شکر استفاده میشود، بلکه در فرآیند تولید آن از نیشکر نیز کاربرد دارد. علاوه براین، در تولید نوشیدنی و آبمیوه نیز این دانه های پلیمری قادرند رنگ را بهبود داده و کیفیت را افزایش دهند.

قیمت رزین آنیونی و کاتیونی

در تعیین نرخ و قیمت رزین آنیونی و کاتیونی عوامل متعددی نقش دارند که از مهم ترین آنها می توان به نوع رزین و همچنین برند تولید کننده آنها اشاره نمود. همچنین لازم به ذکر است که رزین اغلب وارداتی بوده و به همین دلیل نوسانات ارز بر قیمت رزین آنیونی و کاتیونی تاثیرگذار می باشد. برای استعلام قیمت می توانید با کارشناسان فروش گروه صنعتی هفت در ارتباط باشید.

خرید رزین آنیونی و کاتیونی

با توجه به کاربرد بسیار زیاد رزین در صنعت تصفیه آب و خالص سازی و کاهش سختی آن و تاثیراتی که هر یک از انواع این دانه های پلیمری بر آب دارند، لازم است بر کیفیت آنها در زمان خرید توجه شود. کارشناسان گروه صنعتی هفت قبل از خرید رزین آنیونی و کاتیونی ویژگی ها و کاربردهای هر یک را شرح داده و مشاوره ارایگان ارائه می دهند.

برندهای رزین آنیونی و کاتیونی

رزین پرولایت چین

گروه صنعتی هفت نمایندگی رزین پرولایت چین می باشد و انواع رزین های آنیونی و کاتیونی در اندازه های مختلف را ارائه می دهد. این محصولات به صورت عمده و جزئی ارائه شده و امکان ارسال به سراسر ایران وجود دارد. رزین های تولید شده توسط این برند دارای تنوع بالایی بوده و از پرکاربردترین آنها می توان به مدل C100H اشاره نمود. جهت آشنایی بیشتر با جزئیات و ویژگی های این مواد می توانید قبل از خرید از مشاوره رایگان گروه صنعتی هفت استفاده کنید.

 

همان‌طور که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفت، رزین‌های کاتیونی و آنیونی دو رزین رایج مورداستفاده در فرآیند تبادل یونی هستند. رزین‌های آنیونی، یون‌های دارای بار منفی را جذب می‌کنند. در حالی که رزین‌های کاتیونی، یون‌های دارای بار مثبت را جذب می‌نمایند. تفاوت و آنیونی بدین معنی است که رزین‌های کاتیونی، یون‌های دارای بار مثبت مانند سدیم را با کلسیم جایگزین می‌کنند. اما رزین‌های آنیونی، یون‌های دارای بار منفی مانند کلرید را با آرسنیک مبادله می‌نمایند.

منبع: یوتیوب

خبرهای مرتبط
مطالب مرتبط :
  1. راهنمای استفاده از رزین پلی استر و رزین اپوکسی
  2. تفاوت بین سختی گیر آب و دستگاه تصفیه آب صنعتی
  3. نشست سه‌جانبه درباره تبادل اسرای جنگ غزه، سه‌شنبه برگزار می‌شود
  4. واشنگتن‌پست: آمریکا فشار بر اسرائیل و حماس برای تبادل اسرا را تشدید کرده است
↑
خروج از نسخه موبایل