HỆ THỐNG LỌC NƯỚC TRAO ĐỔI ION

HỆ THỐNG LỌC NƯỚC TRAO ĐỔI ION

ION EXCHANGE WATER FILTER

Manufacturers: RESINTECH - USA

Tài liệu download brochue (vui lòng click link google drive dưới đây)

• Download links: Brochure tổng quan các sản phẩm RESINTECH (product summary)
• Download links: Catalogue hạt nhựa trao đổi ion RESINTECH 

Công ty Môi Trường Hành Trình Xanh hân hạnh là nhà nhập khẩu và phân phối chính thức Hệ thống lọc nước trao đổi ion Resintech - USA. tại Việt Nam. Chúng tôi cam kết cung cấp sản phẩm và dịch vụ tốt nhất tới Quý Khách hàng.

ResinTech has been manufacturing a broad range of ion exchange resins for water and wastewater treatment since 1986, including cation resin, anion resin, mixed bed resin, macroporous resin, potable water grade resin, semiconductor grade resin etc. In the past four decades, we've been working with customers all over the world and have developed hundreds of resin models as per different customers and applications required, including deionization, softening, metals removal, product purification, resource recovery, pollution control, hydrometallurgy, as well as Municipal Water Treatment. Every batch of resin sold by ResinTech is fully tested and must pass a full battery of QC testing before being placed in active inventory. All ResinTech resins are manufactured to specifications that meet or exceed all published specifications for other manufacturers' equivalent products. / ResinTech đã sản xuất nhiều loại nhựa trao đổi ion để xử lý nước và nước thải kể từ năm 1986, bao gồm nhựa cation, nhựa anion, nhựa hỗn hợp, nhựa macroporous, nhựa cấp nước uống được, nhựa bán dẫn, v.v. Trong bốn thập kỷ qua, chúng tôi 'đã làm việc với các khách hàng trên toàn thế giới và đã phát triển hàng trăm mẫu nhựa theo yêu cầu của các khách hàng và ứng dụng khác nhau, bao gồm khử ion, làm mềm, loại bỏ kim loại, làm sạch sản phẩm, phục hồi tài nguyên, kiểm soát ô nhiễm, luyện kim thủy lực, cũng như Xử lý nước đô thị . Mỗi lô nhựa do ResinTech bán ra đều được kiểm tra đầy đủ và phải vượt qua kiểm tra QC đầy đủ trước khi được đưa vào kho hoạt động. Tất cả các loại nhựa ResinTech đều được sản xuất theo các thông số kỹ thuật đáp ứng hoặc vượt quá tất cả các thông số kỹ thuật đã công bố cho các sản phẩm tương đương của các nhà sản xuất khác.

1. What are ion exchange resins? / Nhựa trao đổi ion là gì?

We learn at a young age that water is made up of two atoms of hydrogen and one of oxygen. But water is much more complex than that. Contained in each drop of water are minerals and other substances that add to the chemical and physical properties of each drop—including (but not limited to) taste and smell. Some examples are calcium, magnesium, iron, manganese, sodium, hydrogen, chloride, sulfate, nitrate, hydroxide and silica. Although they are dissolved and are unable to be seen by the naked eye, these compounds exist in the water as ions. / Khi còn nhỏ, chúng ta học được rằng nước được tạo thành từ hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy. Nhưng nước phức tạp hơn thế nhiều. Chứa trong mỗi giọt nước là các khoáng chất và các chất khác bổ sung vào các đặc tính hóa học và vật lý của mỗi giọt nước — bao gồm (nhưng không giới hạn) vị và mùi. Một số ví dụ là canxi, magiê, sắt, mangan, natri, hydro, clorua, sunfat, nitrat, hydroxit và silica. Mặc dù chúng được hòa tan và không thể nhìn thấy bằng mắt thường, nhưng các hợp chất này tồn tại trong nước dưới dạng ion.

Ion exchange is an exchange of ions between two electrolytes or between an electrolyte solution and a complex. In most cases the term is used to denote the processes of purification, separation, and decontamination of aqueous and other ioncontaining solutions with solid polymeric or mineralic 'ion exchangers'. / Trao đổi ion là sự trao đổi ion giữa hai chất điện li hoặc giữa dung dịch chất điện li với phức chất. Trong hầu hết các trường hợp, thuật ngữ này được sử dụng để biểu thị các quá trình tinh chế, tách và khử nhiễm các dung dịch chứa nước và các dung dịch chứa ion khác bằng 'chất trao đổi ion' khoáng chất hoặc cao phân tử rắn.

Typical ion exchangers are ion exchange resins (functionalized porous or gel polymer), zeolites, montmorillonite, clay, and soil humus. Ion exchangers are either cation exchangers that exchange positively charged ions (cations) or anion exchangers that exchange negatively charged ions (anions). There are also amphoteric exchangers that are able to exchange both cations and anions simultaneously. However, the simultaneous exchange of cations and anions can be more efficiently performed in mixed beds that contain a mixture of anion and cation exchange resins, or passing the treated solution through several different ion exchange materials. / Các chất trao đổi ion điển hình là nhựa trao đổi ion (polyme xốp hoặc gel có chức năng hóa), zeolit, montmorillonite, đất sét và đất mùn. Bộ trao đổi ion là bộ trao đổi cation trao đổi các ion tích điện dương (cation) hoặc bộ trao đổi anion trao đổi các ion tích điện âm (anion). Cũng có những chất trao đổi lưỡng tính có thể trao đổi đồng thời cả cation và anion. Tuy nhiên, việc trao đổi đồng thời các cation và anion có thể được thực hiện hiệu quả hơn trong các lớp hỗn hợp có chứa hỗn hợp nhựa trao đổi anion và cation, hoặc truyền dung dịch đã xử lý qua một số vật liệu trao đổi ion khác nhau.

Ion exchangers can be unselective or have binding preferences for certain ions or classes of ions, depending on their chemical structure. This can be dependent on the size of the ions, their charge, or their structure. Typical examples of ions that can bind to ion exchangers are: / Chất trao đổi ion có thể không được chọn lọc hoặc có liên kết ưu tiên đối với các ion hoặc lớp ion nhất định, tùy thuộc vào cấu trúc hóa học của chúng. Điều này có thể phụ thuộc vào kích thước của các ion, điện tích hoặc cấu trúc của chúng. Ví dụ điển hình về các ion có thể liên kết với chất trao đổi ion là:

• H+ (proton) and OH− (hydroxide)
• Single-charged monatomic ions like Na+, K+, and Cl− / Các ion đơn chất tích điện như Na +, K + và Cl−
• Double-charged monatomic ions like Ca2+ and Mg2+ / Các ion đơn chất tích điện kép như Ca2 + và Mg2 +
• Polyatomic inorganic ions like SO42− and PO43− / Các ion vô cơ đa nguyên tử như SO42− và PO43−
• Organic bases, usually molecules containing the amine functional group -NR2H+ / Bazơ hữu cơ, thường là phân tử chứa nhóm chức amin -NR2H +
• Organic acids, often molecules containing -COO− (carboxylic acid) functional groups / Axit hữu cơ, thường là phân tử chứa nhóm chức -COO− (axit cacboxylic)
• Biomolecules that can be ionized: amino acids, peptides, proteins, etc. / Các phân tử sinh học có thể bị ion hóa: axit amin, peptit, protein, v.v.

Along with absorption and adsorption, ion exchange is a form of sorption. / Cùng với hấp thụ và hấp phụ, trao đổi ion là một hình thức hấp phụ.

Ion exchange is a reversible process and the ion exchanger can be regenerated or loaded with desirable ions by washing with an excess of these ions. / Trao đổi ion là một quá trình thuận nghịch và bộ trao đổi ion có thể được tái tạo hoặc nạp các ion mong muốn bằng cách rửa với lượng dư các ion này.

The ions of these molecules have an electric charge. Ions with positive charges are called cations, while ions with negative charges are called anions. For example, sodium and hydrogen have positive charges (Na⁺) (H⁺), whereas chloride and hydroxide have negative charges (Cl^-) (OH^-). The electric charge dictates how ions are removed from water. / Các ion của các phân tử này có điện tích. Các ion mang điện tích dương được gọi là cation, trong khi các ion mang điện tích âm được gọi là anion. Ví dụ, natri và hydro có điện tích dương (Na +) (H +), trong khi clorua và hydroxit có điện tích âm (Cl-) (OH-). Điện tích quy định cách các ion được loại bỏ khỏi nước.

Cations (positively charged compounds) are removed with cation exchange resins, while anions (negatively charged compounds) are removed with anion exchange resins. / Cation (hợp chất tích điện dương) được loại bỏ bằng nhựa trao đổi cation, trong khi anion (hợp chất tích điện âm) được loại bỏ bằng nhựa trao đổi anion.

These ion exchange resins are composed of insoluble polymer beads designed with a "functional group" that attracts ions of the opposite charge. Each bed has many functional sites that exist all over the bead, from the surface to deep inside. / Các loại nhựa trao đổi ion này bao gồm các hạt polyme không hòa tan được thiết kế với một "nhóm chức" thu hút các ion mang điện tích trái dấu. Mỗi chiếc giường có nhiều vị trí chức năng tồn tại khắp nơi, từ bề mặt đến sâu bên trong.

Ion exchange is a reversible chemical reaction where dissolved ions are removed from solution and replaced with other ions of the same or similar electrical charge. Not a chemical reactant in and of itself, IX resin is instead a physical medium that facilitates ion exchange reactions. The resin itself is composed of organic polymers that form a network of hydrocarbons. Throughout the polymer matrix are ion exchange sites, where so-called “functional groups” of either positively-charged ions (cations) or negatively-charged ions (anions) are affixed to the polymer network. These functional groups readily attract ions of an opposing charge. / Trao đổi ion là một phản ứng hóa học thuận nghịch trong đó các ion hòa tan bị loại bỏ khỏi dung dịch và được thay thế bằng các ion khác có cùng điện tích hoặc tương tự. Bản thân nó không phải là một chất phản ứng hóa học, nhựa IX thay vào đó là một môi trường vật lý tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng trao đổi ion. Bản thân nhựa được cấu tạo từ các polyme hữu cơ tạo thành một mạng lưới các hydrocacbon. Xuyên suốt ma trận polyme là các vị trí trao đổi ion, nơi được gọi là "nhóm chức" của ion tích điện dương (cation) hoặc ion mang điện tích âm (anion) được gắn vào mạng polyme. Các nhóm chức năng này dễ dàng thu hút các ion có điện tích trái dấu.

Ion exchange is used in water treatment, including water softening, industrial demineralization, condensate polishing, ultrapure water production, and wastewater treatment. It can also provide a method of separation in many nonwater processes, such as desiccation and chromatographic separation. It has special utility in chemical synthesis, manufacturing, food processing, mining, power generation, agriculture, and a variety of applications  and other industries. / Trao đổi ion được sử dụng trong xử lý nước, bao gồm làm mềm nước, khử khoáng công nghiệp, đánh bóng nước ngưng, sản xuất nước siêu tinh khiết và xử lý nước thải. Nó cũng có thể cung cấp một phương pháp tách trong nhiều quy trình không dùng nước, chẳng hạn như hút ẩm và tách sắc ký. Nó có tiện ích đặc biệt trong tổng hợp hóa học, sản xuất, chế biến thực phẩm, khai thác mỏ, sản xuất điện, nông nghiệp, và một loạt các ứng dụng và các ngành công nghiệp khác.

Ion exchange resins are particularly well suited for the removal of  ionic impurities for several reasons: the resins have high capacities for ions that are found in low concentrations, the resins are stable and readily regenerated, temperature effects are for the most part negligible, and the process is excellent for both large and small installations, for example, from home water softeners to huge utility installations. / Nhựa trao đổi ion đặc biệt thích hợp để loại bỏ các tạp chất ion vì một số lý do: nhựa có dung lượng cao đối với các ion được tìm thấy ở nồng độ thấp, nhựa ổn định và dễ dàng tái sinh, tác động nhiệt độ phần lớn là không đáng kể, và Quy trình này là tuyệt vời cho cả lắp đặt lớn và nhỏ, ví dụ, từ thiết bị làm mềm nước gia đình đến lắp đặt tiện ích lớn.

2. How does ion exchange resin work? / Hệ thống lọc nước trao đổi ion hoạt động như thế nào?

To fully understand how IX resins work, it is important to first understand the principles of the ion exchange reaction. Put simply, ion exchange is a reversible interchange of charged particles—or ions—with those of like charge. This occurs when ions present on an insoluble IX resin matrix effectively swap places with ions of a similar charge that are present in a surrounding solution. / Để hiểu đầy đủ về cách hoạt động của nhựa IX, trước tiên điều quan trọng là phải hiểu các nguyên tắc của phản ứng trao đổi ion. Nói một cách đơn giản, trao đổi ion là sự trao đổi thuận nghịch giữa các hạt mang điện - hoặc ion - với những hạt mang điện tích tương tự. Điều này xảy ra khi các ion hiện diện trên nền nhựa IX không hòa tan hoán đổi vị trí hiệu quả với các ion có điện tích tương tự có trong dung dịch xung quanh. / Để hiểu đầy đủ về cách hoạt động của nhựa IX, trước tiên điều quan trọng là phải hiểu các nguyên tắc của phản ứng trao đổi ion. Nói một cách đơn giản, trao đổi ion là sự trao đổi thuận nghịch giữa các hạt mang điện - hoặc ion - với những hạt mang điện tích tương tự. Điều này xảy ra khi các ion hiện diện trên nền nhựa trao đổi ion không hòa tan hoán đổi vị trí hiệu quả với các ion có điện tích tương tự có trong dung dịch xung quanh.

The IX resin functions this way because of its functional groups, which are essentially fixed ions that are permanently bound within the polymer matrix of the resin. These charged ions will readily bond with ions of an opposing charge, which are delivered through the application of a counterion solution. These counterions will continue to bond with the functional groups until equilibrium is reached. / Nhựa trao đổi ion hoạt động theo cách này do các nhóm chức của nó, về cơ bản là các ion cố định được liên kết vĩnh viễn trong ma trận polyme của nhựa. Các ion tích điện này sẽ dễ dàng liên kết với các ion có điện tích trái dấu, được phân phối thông qua việc áp dụng một giải pháp phản ứng. Các phản ứng này sẽ tiếp tục liên kết với các nhóm chức năng cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng.

During an IX cycle, the solution to be treated would be added to the IX resin bed and allowed to flow through the beads. As the solution moves through the IX resin, the functional groups of the resin attract any counterions present in the solution.  If the functional groups have a greater affinity for the new counterions than those already present, then the ions in solution will dislodge the existing ions and take their place, bonding with the functional groups through shared electrostatic attraction. In general, the greater the size and/or valency of an ion, the greater affinity it will have with ions of an opposite charge. / Trong chu kỳ trao đổi ion, dung dịch được xử lý sẽ được thêm vào lớp nhựa trao đổi ion và cho phép chảy qua các hạt. Khi dung dịch di chuyển qua nhựa IX, các nhóm chức của nhựa thu hút bất kỳ phản ứng nào có trong dung dịch. Nếu các nhóm chức có ái lực lớn hơn với ion hiện có, thì các ion trong dung dịch sẽ loại bỏ các ion hiện có và thế chỗ của chúng, liên kết với các nhóm chức thông qua lực hút tĩnh điện được chia sẻ. Nói chung, kích thước và / hoặc hóa trị của một ion càng lớn thì ái lực của nó càng lớn với các ion mang điện tích trái dấu.

Let’s apply these concepts to a typical IX water softening system. In this example, the softening mechanism consists of a cation exchange resin where sulphonate anion (SO3–) functional groups are fixed to the IX resin matrix. A counterion solution containing sodium cations (Na+) is then applied to the resin. The Na+ are held to the fixed SO3– anions by electrostatic attraction, resulting in a net neutral charge in the resin. During an active IX cycle, a stream containing hardness ions (Ca2+ or Mg2+) is added to the cation exchange resin. Since the SO3– functional groups have a greater affinity for the hardness cations than for the Na+ ions, the hardness ions displace the Na+ ions, which then flow out of the IX unit as part of the treated stream. The hardness ions (Ca2+ or Mg2+), on the other hand, are retained by the IX resin. / Hãy áp dụng những khái niệm này cho hệ thống làm mềm nước bằng trao đổi ion điển hình. Trong ví dụ này, cơ chế làm mềm bao gồm một loại nhựa trao đổi cation trong đó các nhóm chức anion gốc sulphonat (SO3–) được cố định vào nền nhựa IX. Sau đó, một dung dịch phản ứng có chứa các cation natri (Na +) được áp dụng cho nhựa. Na + được giữ cố định với anion SO3– bằng lực hút tĩnh điện, dẫn đến điện tích trung hòa trong nhựa. Trong chu kỳ IX hoạt động, một dòng chứa các ion độ cứng (Ca2 + hoặc Mg2 +) được thêm vào nhựa trao đổi cation. Vì các nhóm chức SO3– có ái lực với các cation độ cứng lớn hơn so với các ion Na +, các ion độ cứng sẽ thay thế các ion Na +, sau đó chảy ra khỏi đơn vị IX như một phần của dòng được xử lý. Mặt khác, các ion độ cứng (Ca2 + hoặc Mg2 +) được giữ lại bởi nhựa IX.

3. Ion Exchange Softening / Làm mềm trao đổi ion

Softening is an ion exchange process for removal of calcium and magnesium ions from water. The concentration of these ions in water is also called →water hardness. / Làm mềm là một quá trình trao đổi ion để loại bỏ các ion canxi và magiê khỏi nước. Nồng độ của các ion này trong nước còn được gọi là → độ cứng của nước.

A softener is a vessel filled with a resin bed, consisting of strong acid cation exchange resin in sodium form. While water flows through the resin bed, calcium and magnesium ions dissolved in that water are exchanged for sodium ions. Accordingly, softening is not a demineralisation process. Instead, the →equivalent concentration of the total dissolved solids remains constant before and after softening. / Chất làm mềm là một bình chứa đầy lớp nhựa, bao gồm nhựa trao đổi cation axit mạnh ở dạng natri. Trong khi nước chảy qua lớp nhựa, các ion canxi và magiê hòa tan trong nước đó được trao đổi thành các ion natri. Theo đó, làm mềm không phải là một quá trình khử khoáng. Thay vào đó, → nồng độ đương lượng của tổng chất rắn hòa tan không đổi trước và sau khi làm mềm.

With increasing service life, the ion exchange resin depletes, and then needs to be regenerated with sodium chloride brine. / Với tuổi thọ sử dụng ngày càng cao, nhựa trao đổi ion sẽ cạn kiệt và sau đó cần được tái sinh bằng nước muối natri clorua.

Process Description: / Miêu tả quá trình:

Softening is an ion exchange process for removal of the alkaline earth ions calcium (Ca2+) and magnesium (Mg2+) from water by exchanging them for a chemically equivalent amount of sodium ions (Na+). For this purpose, the water flows through a resin bed consisting of strong acid ion exchange resin in sodium form. Ion exchange reactions occur, which can be illustrated as follows: / Làm mềm là một quá trình trao đổi ion để loại bỏ các ion kiềm canxi (Ca2 +) và magiê (Mg2 +) khỏi nước bằng cách trao đổi chúng với một lượng tương đương về mặt hóa học của các ion natri (Na +). Với mục đích này, nước chảy qua lớp nhựa bao gồm nhựa trao đổi ion axit mạnh ở dạng natri. Phản ứng trao đổi ion xảy ra, có thể được minh họa như sau:

• Ca2+(aq) + 2Cl-(aq) + 2Na+— [resin] ↔ 2Na+(aq) + 2Cl-(aq) + Ca2+— [resin]
• Ca2+(aq) + HCO32-(aq) + 2Na+— [resin] ↔ 2Na+(aq) + HCO32-(aq) + Ca2+— [resin]
• Ca2+(aq) + SO42-(aq) + 2Na+— [resin] ↔ 2Na+(aq) + SO42-(aq) + Ca2+— [resin]
• Mg2+(aq) + 2Cl-(aq) + 2Na+— [resin] ↔ 2Na+(aq) + 2Cl-(aq) + Mg2+— [resin]
• Mg2+(aq) + HCO32-(aq) + 2Na+— [resin] ↔ 2Na+(aq) + HCO32-(aq) + Mg2+— [resin]
• Mg2+(aq) + SO42-(aq) + 2Na+— [resin] ↔ 2Na+(aq) + SO42-(aq) + Mg2+— [resin]

The above ion exchange rections are reversible, meaning they may occur in both directions. However, there exists a significant concentration gradient, as the raw water contains significanctly less sodium ions and significanclty more alkaline earth ions compared to the ion exchange resin, and vice versa. Accordingly, the ion exchange reactions occur mainly in the direction of dissolving sodium ions into water, meaning from left to right in the above reaction formulas. / Sự phản hồi trao đổi ion ở trên là thuận nghịch, có nghĩa là chúng có thể xảy ra theo cả hai hướng. Tuy nhiên, tồn tại một gradient nồng độ đáng kể, vì nước thô chứa ít ion natri hơn đáng kể và nhiều ion kiềm thổ hơn đáng kể so với nhựa trao đổi ion và ngược lại. Theo đó, các phản ứng trao đổi ion xảy ra chủ yếu theo chiều hòa tan ion natri vào nước, nghĩa là từ trái qua phải trong các công thức phản ứng trên.

The ion exchange resin becomes loaded with calcium ions and magnesium ions as described above, and at the same time releases a chemically equivalent amount of sodium ions into the water. The sodium ions remain in the softed water. This means that softening is not a demineralisation process. Instead, the concentration of sodium ions in the water is increased by the chemical equivalent of the removed alkaline earth ions, meaning that the chemical equivalent of the todal dissolved solids remains the same. / Nhựa trao đổi ion được nạp với các ion canxi và ion magiê như mô tả ở trên, đồng thời giải phóng một lượng ion natri tương đương về mặt hóa học vào nước. Các ion natri vẫn còn trong nước. Điều này có nghĩa là làm mềm không phải là một quá trình khử khoáng. Thay vào đó, nồng độ ion natri trong nước được tăng lên bởi đương lượng hóa học của các ion kiềm thổ bị loại bỏ, có nghĩa là đương lượng hóa học của chất rắn hòa tan vẫn giữ nguyên.

With increasing load of the ion exchange resin by calcium and magnesium ions, the concentration gradient between water and ion exchange resin as described above is reduced. Accordingly, the ratio between the ion exchange reactions occuring in one and in the other direction as described above changes. From a certain point onwards, the total balance of the calcium and magnesium ions exchanged will be significantly reduced. At this point, the ion exchange resin is depleted, and needs to be regenerated. / Với việc gia tăng tải trọng của nhựa trao đổi ion bởi các ion canxi và magiê, gradien nồng độ giữa nước và nhựa trao đổi ion như mô tả ở trên sẽ giảm. Theo đó, tỷ lệ giữa các phản ứng trao đổi ion xảy ra theo hướng này và theo hướng khác như đã mô tả ở trên thay đổi. Từ một thời điểm nhất định trở đi, tổng số cân bằng của các ion canxi và magiê trao đổi sẽ giảm đáng kể. Tại thời điểm này, nhựa trao đổi ion đã cạn kiệt và cần được tái sinh.

For regeneration, a sodium chlorid brine flows through the resin bed. This results in the the following ion exchange reactions: / Để tái sinh, nước muối natri clorid chảy qua lớp nhựa. Điều này dẫn đến các phản ứng trao đổi ion sau:

• 2Na+(aq) + 2Cl-(aq) + Ca2+— [resin] ↔ Ca2+(aq) + 2Cl-(aq) + 2Na+— [resin]
• 2Na+(aq) + 2Cl-(aq) + Mg2+— [resin] ↔ Mg2+(aq) + 2Cl-(aq) + 2Na+— [resin]

The concentration gradient is now reversed, meaning that the ion exchange contains significantly more calcium and magnesium ions and significantly less sodium ions than the regeneration soltuion, and vice versa. Accordingly, the ion exchange reactions now mainly occur in the direction of exchanging calcium and magnesium ions from the ion exchange resins with sodium ions from the regeneration solution. After regeneration, the ion exchange resin is again mainly loaded with sodium ions. / Gradient nồng độ bây giờ bị đảo ngược, có nghĩa là chất trao đổi ion chứa nhiều ion canxi và magiê hơn đáng kể và ít ion natri hơn đáng kể so với chất hòa tan tái sinh, và ngược lại. Theo đó, các phản ứng trao đổi ion hiện nay chủ yếu xảy ra theo hướng trao đổi ion canxi và magie từ hạt nhựa trao đổi ion với ion natri từ dung dịch tái sinh. Sau khi tái sinh, nhựa trao đổi ion một lần nữa chủ yếu được nạp các ion natri.

In addition to the alkaline earth ions calcium (Ca2+) and magnesium (Mg2+), other cations are also exchanged by the ion exchange resin, for example the alkaline earth ions barium (Ba2+) and strontium (Sr2+), dissolved iron (Fe2+ or Fe3+), dissolved copper (Cu+ or Cu2+), and ammonia (NH4+). These cations however cannot be fully removed by regeneration with sodium chloride, meaning that the capacity of the ion exchange resin is gradually reduced in case of raw water containing higher concentrations of these ions. / Ngoài các ion kiềm canxi (Ca2 +) và magie (Mg2 +), các cation khác cũng được trao đổi bởi nhựa trao đổi ion, ví dụ các ion kiềm thổ bari (Ba2 +) và stronti (Sr2 +), sắt hòa tan (Fe2 + hoặc Fe3 +) ), đồng hòa tan (Cu + hoặc Cu2 +) và amoniac (NH4 +). Tuy nhiên, các cation này không thể được loại bỏ hoàn toàn bằng cách tái sinh với natri clorua, có nghĩa là khả năng của nhựa trao đổi ion bị giảm dần trong trường hợp nước thô có chứa nồng độ các ion này cao hơn.

4. What are the physical properties of IX resins? / Các tính chất vật lý của nhựa trao đổi ion là gì?

The geometric shape, size, and structure of IX resins can vary from one type to the next. Most IX exchange systems employ a resin bed consisting of tiny, porous microbeads, though some systems, such as those used for electrodialysis, use a sheet-like mesh resin. IX resin beads are usually small and spherical, with a radius measuring just 0.25 to 1.25 millimeters in size. Depending upon the application and system design, the resin beads may have a uniform particle size or a Gaussian size distribution. Most applications use gel resin beads, which have a translucent appearance, and offer high capacity and chemical efficiency. Macroporous resins, which are recognizable due to their opaque white or yellow appearance, are typically reserved for demanding conditions, since they have comparatively greater stability and chemical resistance. / Hình dạng hình học, kích thước và cấu trúc của nhựa IX có thể khác nhau giữa các loại. Hầu hết các hệ thống trao đổi IX sử dụng một lớp nhựa bao gồm các vi hạt xốp, nhỏ, mặc dù một số hệ thống, chẳng hạn như hệ thống được sử dụng để thẩm tách điện, sử dụng một loại nhựa lưới dạng tấm. Hạt nhựa IX thường nhỏ và có hình cầu, bán kính có kích thước chỉ từ 0,25 đến 1,25 mm. Tùy thuộc vào ứng dụng và thiết kế hệ thống, các hạt nhựa có thể có kích thước hạt đồng nhất hoặc phân bố kích thước Gaussian. Hầu hết các ứng dụng sử dụng hạt nhựa gel, có bề ngoài trong suốt, mang lại công suất và hiệu quả hóa học cao. Nhựa Macroporous, dễ nhận biết do có màu trắng đục hoặc màu vàng, thường được dùng cho các điều kiện khắt khe, vì chúng có độ ổn định và khả năng kháng hóa chất tương đối cao hơn.

5. What are IX resins made of? / Nhựa trao đổi ion được làm bằng gì?

The IX resin matrix is formed by cross-linking hydrocarbon chains with one another in a process called polymerization. The cross-linking gives the resin polymer a stronger, more resilient structure and a greater capacity (by volume). While the chemical composition of most IX resins is polystyrene, certain types are manufactured from acrylic (either acrylonitrile or methyl acrylate). The resin polymer then undergoes one or more chemical treatments to bind functional groups to the ion exchange sites located throughout the matrix. These functional groups are what give the IX resin its separation capabilities, and will vary significantly from one type of resin to the next. / Chất nền nhựa IX được hình thành bằng cách liên kết chéo các chuỗi hydrocacbon với nhau trong một quá trình được gọi là quá trình trùng hợp. Liên kết ngang mang lại cho polyme nhựa một cấu trúc mạnh hơn, đàn hồi hơn và khả năng chứa lớn hơn (theo thể tích). Trong khi thành phần hóa học của hầu hết các loại nhựa IX là polystyrene, một số loại được sản xuất từ ​​acrylic (acrylonitrile hoặc methyl acrylate). Polyme nhựa sau đó trải qua một hoặc nhiều xử lý hóa học để liên kết các nhóm chức với các vị trí trao đổi ion nằm trong toàn bộ chất nền. Các nhóm chức năng này là những gì cung cấp cho nhựa IX khả năng phân tách của nó và sẽ thay đổi đáng kể từ loại nhựa này sang loại nhựa tiếp theo. 

6. What is resin regeneration? / Tái sinh nhựa trao đổi ion là gì?

Over time, contaminant ions bind with all available exchange sites in the IX resin. Once the resin is exhausted, it must be restored for further use through what is known as a regeneration cycle. During a regeneration cycle, the IX reaction is essentially reversed through the application of a concentrated regenerant solution. Depending upon the type of resin and the application at hand, the regenerant may be a salt, acid, or caustic solution. As the regeneration cycle proceeds, the IX resin releases contaminant ions, swapping them for ions present in the regenerant solution. The contaminant ions will exit the IX system as part of the regenerant effluent stream, and will need to be properly discharged. In most cases, the resin is rinsed to remove any residual regenerant prior to the next active IX cycle. / Theo thời gian, các ion gây ô nhiễm liên kết với tất cả các vị trí trao đổi có sẵn trong nhựa trao đổi ion. Một khi nhựa cạn kiệt, nó phải được phục hồi để sử dụng tiếp thông qua chu trình tái sinh. Trong một chu kỳ tái sinh, phản ứng trao đổi ion về cơ bản được đảo ngược thông qua việc áp dụng một dung dịch chất tái sinh đậm đặc. Tùy thuộc vào loại nhựa và ứng dụng hiện tại, chất tái sinh có thể là dung dịch muối, axit hoặc xút. Khi chu trình tái sinh tiếp tục, nhựa trao đổi ion giải phóng các ion gây ô nhiễm, hoán đổi chúng cho các ion có trong dung dịch chất tái sinh. Các ion gây ô nhiễm sẽ thoát ra khỏi hệ thống trao đổi ion như một phần của dòng nước thải tái sinh và sẽ cần được thải ra ngoài đúng cách. Trong hầu hết các trường hợp, nhựa được tráng để loại bỏ bất kỳ chất tái sinh nào còn sót lại trước chu kỳ trao đổi ion hoạt động tiếp theo.

7. Tổng quan các chất ô nhiễm xử lý bằng nhựa trao đổi ion RESINTECH

8. Cation Resin / Hạt nhựa Cation

Cation ion exchange resins may be light or dark in color.  Color variation in new cation has no impact on its performance. For drinking water applications look for WQA Gold Seal or NSF certified products. / Nhựa trao đổi ion cation có thể có màu sáng hoặc tối. Sự thay đổi màu sắc trong cation không ảnh hưởng đến hiệu suất của nó. Đối với các ứng dụng nước uống, hãy tìm kiếm các sản phẩm được chứng nhận bởi WQA Gold Seal hoặc NSF.

Cation resins by type are: / Phân loại Nhựa cation là:

• Strong Acid Cation (SAC) resin are sulfonated copolymers of styrene and DVB. / Nhựa Cation axit mạnh (SAC) là chất đồng trùng hợp sulfo hóa của styren và DVB.
• Weak Acid Cations (WAC) have a polyacrylic backbone. / Nhựa Cation axit yếu (WAC) có cấu trúc bằng polyacrylic.
• SAC and WAC resins are manufactured in different forms – macroporous and porous (gel). / Nhựa SAC và WAC được sản xuất ở các dạng khác nhau - dạng xốp (macroporous) và dạng xốp (gel).

Cation resins in the Na+ form will exchange sodium for the following ions: / Nhựa cation ở dạng Na + sẽ trao đổi natri cho các ion sau:

• Calcium (Ca++)
• Magnesium (Mg++)
• Iron (Fe++)
• Manganese (Mn++)

In the H+ cation resin will exchange hydrogen for the following ions: / Trong nhựa cation H + sẽ trao đổi hydro cho các ion sau:

• Calcium (Ca++)
• Magnesium (Mg++)
• Manganese (Mn++)
• Iron (Fe++)
• Sodium (Na+)

8.1. Strong Acid Cation Resins / Nhựa Cation gốc axit mạnh

Strongly acidic cation resins derive their functionality from the sulfonic acid groups. These strong acid exchangers operate at any pH, split all salts, and require substantial amounts of regenerant. This is the resin of choice for almost all softening applications and as the first unit in a two bed demineralizer or as the cation component of a mixed bed. / Nhựa cation có tính axit mạnh tạo ra chức năng của chúng từ các nhóm axit sulfonic. Các chất trao đổi axit mạnh này hoạt động ở bất kỳ độ pH nào, tách tất cả các muối và yêu cầu một lượng đáng kể chất tái sinh. Đây là loại nhựa được lựa chọn cho hầu hết các ứng dụng làm mềm và là đơn vị đầu tiên trong thiết bị khử khoáng hai lớp hoặc như thành phần cation của lớp hỗn hợp.

Gel type cation resin consists of clear or translucent beads, and is commonly used in standard applications such as softening. It has greater capacity and regeneration efficiency than macroporous cation. Gel type cation resin is often referred to by its cross-linkage percentage. / Nhựa cation loại gel bao gồm các hạt trong hoặc mờ, và thường được sử dụng trong các ứng dụng tiêu chuẩn như làm mềm. Nó có công suất và hiệu suất tái sinh lớn hơn cation macroporous. Nhựa cation loại gel thường được gọi bằng tỷ lệ phần trăm liên kết chéo (cross-linked) của nó.

• Higher cross-linked cation exchange resins can withstand more aggressive circumstances – e.g. higher chlorine levels. / Các loại nhựa trao đổi cation liên kết chéo cao hơn có thể chịu được các trường hợp khắc nghiệt hơn - ví dụ: mức clo cao hơn.
• Resins with cross linkage of 6% are commonly used for well water applications. / Nhựa có liên kết ngang 6% thường được sử dụng cho các ứng dụng nước giếng.
• Municipal water has a chlorine residual so 8% cross-linked resins, such as ResinTech CG8, are recommended. / Nước thành phố có dư lượng clo nên các loại nhựa liên kết chéo (cross-linked) 8%, chẳng hạn như ResinTech CG8, được khuyến khích sử dụng.
• 10% cross-linked resins ResinTech CG10 are often installed in commercial industrial applications or where the chlorine or chloramine content is higher than what is recommended by resin manufacturers. / Hạt nhựa liên kết chéo (cross-linked) 10% ResinTech CG10 thường được lắp đặt trong các ứng dụng công nghiệp thương mại hoặc nơi có hàm lượng clo hoặc cloramin cao hơn mức khuyến nghị của các nhà sản xuất nhựa.

Tham khảo: Mức giới hạn Chlorine khuyến nghị sử dụng trong lọc trao đổi ion

When strong acid cation resins are operated in higher chlorine environments, shorter resin life will be expected. The effect of free chlorine is additive, so the reduction in resin lifetime should be proportional to the increase in the level of chlorine in the feed. / Khi nhựa cation axit mạnh được vận hành trong môi trường clo cao hơn, tuổi thọ của nhựa sẽ ngắn hơn. Tác dụng của clo tự do là chất phụ gia, do đó, sự giảm tuổi thọ của nhựa phải tỷ lệ thuận với sự gia tăng mức độ clo trong nước cấp đầu vào.

Macroporous cation beads are opaque. It’s commonly used in aggressive softening applications. / Hạt cation dạng Macroporous có màu trắng đục. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng làm mềm yêu cầu cao.

• High temperatures where oxidants such as chlorine are also present. / Nhiệt độ cao cũng có mặt các chất oxy hóa như clo.
• Although the capacity is lower than gel, macroporous will last longer. / Mặc dù công suất thấp hơn gel nhưng macroporous sẽ có tuổi thọ lâu hơn.
• Macroporous resin has larger pore sizes than gel resin and can be cross-linked by as much as 20% / Nhựa Macroporous có kích thước lỗ lớn hơn so với nhựa gel và có thể được liên kết chéo tới 20%

8.2. Weak Acid Cation Resins / Nhựa Cation gốc axit yếu

The weakly acidic cation resins have carboxylic groups as the exchange site. The resin is highly efficient, for it is regenerated with nearly 100% stoichiometric amount of acid, as compared to the 200-300% required for strong acid cations.  The weak acid resins are subject to reduced capacity from increasing flow rate, low temperatures, and a hardness-to-alkalinity ratio below 1.0. They are used very effectively in conjunction with a strong acid cation resin operating in the hydrogen form, in either a separate bed or stratified bed configuration. / Các loại nhựa cation có tính axit yếu có các nhóm cacboxylic là vị trí trao đổi. Nhựa có hiệu quả cao, vì nó được tái sinh với lượng axit gần 100% so với 200-300% cần thiết cho các cation axit mạnh. Các loại nhựa axit yếu có thể bị giảm khả năng do tốc độ dòng chảy tăng, nhiệt độ thấp và tỷ lệ độ cứng trên độ kiềm dưới 1,0. Chúng được sử dụng rất hiệu quả cùng với nhựa cation axit mạnh hoạt động ở dạng hydro, trong cấu hình lớp riêng biệt hoặc phân tầng.

Although weak acid cation resin softens water it is never used in residential applications. / Mặc dù nhựa cation axit yếu làm mềm nước nhưng nó không bao giờ được sử dụng trong các ứng dụng dân dụng.

• WAC resin is in the hydrogen form (H+). / Nhựa WAC ở dạng hydro (H +).
• If used in a household setting the pH of the water passing through the system is greatly reduced. / Nếu được sử dụng trong gia đình, độ pH của nước đi qua hệ thống sẽ giảm đáng kể.
• WAC is commonly used to remove alkalinity, to soften water containing high salinity and for removal of heavy metals. / WAC thường được sử dụng để loại bỏ độ kiềm, làm mềm nước có độ mặn cao và loại bỏ các kim loại nặng.

8.3. Cation Exchange Process / Quy trình trao đổi cation

Softening with cation resin is a simple exchange function. / Làm mềm bằng nhựa cation là một chức năng trao đổi đơn giản.

8.3.1. Softening / Làm mềm

• The resin bead is negatively charged and attracts positive ions. / Hạt nhựa mang điện tích âm và thu hút các ion dương.
• When supplied in the sodium form (Na+) the resin will exchange sodium ions for hardness ions – calcium and magnesium. / Khi được cung cấp ở dạng natri (Na +), nhựa sẽ trao đổi các ion natri để lấy các ion độ cứng - canxi và magiê.
• The bead is more strongly attracted to these ions and readily exchanges with the sodium. / Hạt bị thu hút mạnh hơn bởi các ion này và dễ dàng trao đổi với natri.
• Once the resin is exhausted it is regenerated with a brine solution (NaCl). / Khi nhựa cạn kiệt, nó được tái sinh bằng dung dịch nước muối (NaCl).
• The brine overwhelms and releases the calcium and magnesium from the bead. / Nước muối lấn át và giải phóng canxi và magiê từ hạt.
• The resin is “converted” back to the sodium form and ready for re-use. / Nhựa được “chuyển đổi” trở lại dạng natri và sẵn sàng để sử dụng lại.

8.3.2. Iron Reduction / Khử sắt

Other positively charged metals such as ferrous iron and lead are also attracted to the cation resin and will be removed. These metals are not easily regenerated off and will reduce the softening capacity and life of the resin. / Các kim loại tích điện dương khác như sắt và chì cũng bị hút vào nhựa cation và sẽ bị loại bỏ. Những kim loại này không dễ dàng tái sinh và sẽ làm giảm khả năng làm mềm và tuổi thọ của nhựa.

8.3.3. Demineralization / Khử khoáng

SAC in the hydrogen form (H+) in combination with strong base anion (SBA) in the hydroxide form (OH), is most often used for demineralization processes such as portable exchange tank (PEDI) operations. Hydrogen, not sodium, is exchanged for calcium, magnesium and sodium. (For more information please refer to section on demineralization for portable DI exchange operations.) / SAC ở dạng hydro (H +) kết hợp với anion bazơ mạnh (SBA) ở dạng hydroxit (OH), thường được sử dụng cho các quá trình khử khoáng như hoạt động của bể trao đổi di động (PEDI). Hydro, không phải natri, được trao đổi thành canxi, magiê và natri. (Để biết thêm thông tin, vui lòng tham khảo phần khử khoáng cho hoạt động trao đổi DI di động.)

9. Anion Resin / Hạt nhựa Anion

Anion exchange resins are usually light in color.  Color variation in new anion has no impact on its performance. For drinking water applications look for WQA Gold Seal or NSF certified products. / Nhựa trao đổi anion thường có màu sáng. Sự biến đổi màu sắc trong anion mới không ảnh hưởng đến hiệu suất của nó. Đối với các ứng dụng nước uống, hãy tìm kiếm các sản phẩm được chứng nhận bởi WQA Gold Seal hoặc NSF.

The most popular anion resins by type are: / Các loại nhựa anion phổ biến nhất theo loại là:

9.1. Anion resin _ Type 1 / Nhựa Anion gốc bazơ mạnh type 1

• Type 1 anions (SBA-1) have the strongest affinity for weak acids but lower regeneration efficiency which equates to lower capacity. / Các anion loại 1 (SBA-1) có ái lực mạnh nhất với axit yếu nhưng hiệu suất tái sinh thấp hơn, tương đương với công suất thấp hơn.
• SBA Type 1 macroporous anions are often used for organics or tannin reduction. / SBA Loại 1 anion macroporous thường được sử dụng để khử chất hữu cơ hoặc giảm tannin.
• Regeneration is with brine making it suitable for residential purposes. / Tái sinh là với nước muối làm cho nó phù hợp cho các mục đích dân dụng.
• Nitrate selective SBA Type 1 macroporous anions are also available for nitrate reduction of potable water. (SBA-2 also removes nitrate but is not selective. It is commonly used where equipment operators are present.) / Các anion macroporous SBA loại 1 chọn lọc nitrat cũng có sẵn để khử nitrat trong nước uống. (SBA-2 cũng loại bỏ nitrat nhưng không có tính chọn lọc. Nó thường được sử dụng ở những nơi có người vận hành thiết bị.)
• Higher regeneration efficiency is attained by increasing regenerant temperature for SBA-1. / Hiệu quả tái sinh cao hơn đạt được bằng cách tăng nhiệt độ chất tái sinh cho SBA-1.

9.2. Anion resin _  Type 2 / Nhựa Anion gốc bazơ mạnh type 2

• Type 2 anions (SBA-2) have less affinity but are strong enough to remove weak acids for most applications. SBA-2 resin has considerably greater regeneration efficiency thus higher capacity. / Các anion loại 2 (SBA-2) có ít ái lực hơn nhưng đủ mạnh để loại bỏ các axit yếu trong hầu hết các ứng dụng. Nhựa SBA-2 có hiệu suất tái sinh lớn hơn đáng kể do đó công suất cao hơn.
• SBA-2 lacks the chemical stability of SBA-1 resins and cannot withstand high temperatures. It will significantly reduce its capacity. / SBA-2 thiếu tính ổn định hóa học của nhựa SBA-1 và không thể chịu được nhiệt độ cao. Nó sẽ làm giảm đáng kể công suất của nó.
• SBA-2 resins are commonly used for dealkalization purposes. Using salt alone is often satisfactory but in combination with caustic soda there is a greater reduction in alkalinity leakage and carbon dioxide. (When using the brine/caustic combination it is necessary to pre-soften to avoid precipitation of calcium and magnesium compounds.) / Nhựa SBA-2 thường được sử dụng cho các mục đích loại bỏ kiềm. Sử dụng muối một mình thường đạt yêu cầu nhưng khi kết hợp với xút  sẽ làm giảm kiềm và carbon dioxide nhiều hơn. (Khi sử dụng kết hợp nước muối / xút, cần phải làm mềm trước để tránh kết tủa các hợp chất canxi và magiê.)

9.3. Weak Base Anion / Nhựa Anion gốc bazơ yếu

• Weak base anions are used for reduction of organic acids and other organic materials. There are 2 types, gel and macroporous. / Các anion có tính bazơ yếu được sử dụng để khử axit hữu cơ và các chất hữu cơ khác. Có 2 loại, gel và macroporous.

• “Weak base resins do not contain exchangeable ionic sites and function as acid adsorbers. This is why the active form is referred to as the free base form. These resins are capable of sorbing strong acids with a high capacity and are readily regenerated with caustic. They are therefore particularly effective when used in combination with a strong base anion by providing an overall high operating capacity and regeneration efficiency. / “Nhựa bazơ yếu không chứa các vị trí ion có thể trao đổi và hoạt động như chất hấp phụ axit. Đây là lý do tại sao biểu mẫu hoạt động được gọi là biểu mẫu cơ sở miễn phí. Những loại nhựa này có khả năng hấp thụ axit mạnh với công suất lớn và dễ dàng tái sinh bằng xút. Do đó, chúng đặc biệt hiệu quả khi được sử dụng kết hợp với anion gốc mạnh bằng cách cung cấp công suất hoạt động tổng thể và hiệu suất tái sinh cao.

9.4. Anion resin in the Cl- will exchange chloride for the following: / Nhựa anion gốc Cl- sẽ trao đổi clorua cho các chất sau:

• Sulfates (SO4- -)
• Nitrates (NO3- -)
• Alkalinity (H2CO3)
• Carbonates (CO3- -)

9.5. In the OH form anion resin will exchange hydroxide for the following: / Nhựa anion gốc dạng OH sẽ trao đổi hydroxit cho các chất sau:

• Chloride (Cl-)
• Sulfates (SO4- -)
• Nitrates (NO3- -)
• Alkalinity (H2CO3)
• Silica (SiO2-)
• Carbon Dioxide (CO2)

10. Mixed Bed Ion Exchange Resins – Cation (H)/Anion(OH) / Hạt nhựa trao đổi ion hỗn hợp Mixbed - Cation (H) / Anion (OH)

Deionization or Demineralized Water Applications / Các ứng dụng khử ion hoặc nước khử khoáng

Highly unlikely to be used by a home owner due to its aggressive nature, deionized water is commonly used in / Hầu như không được sử dụng trong dân dụng, nước khử ion thường được sử dụng trong:

• Pharmacies / Dược phẩm
• Laboratories / Phòng thí nghiệm
• Kidney dialysis / Nước chạy thận
• Power plants / Nhiệt điện
• Any applications requiring ultrapure or low TDS water / Bất kỳ ứng dụng nào yêu cầu nước siêu tinh khiết hoặc TDS thấp