HẠT NHỰA TRAO ĐỔI ION LÀ GÌ?

HẠT NHỰA TRAO ĐỔI ION LÀ GÌ?

RESINTECH ION EXCHANGE RESINS

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 Hạt nhựa 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 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.

Trong khi nhiều người trong chúng ta đã nghe nói về nhựa trao đổi ion (IX), nhưng ít người trong chúng ta biết về cách thức hoạt động thực sự của công nghệ này. Cho dù bạn đang cân nhắc các chiến lược xử lý tiềm năng, đang tìm cách khai thác tối đa các loại nhựa IX hiện có của mình hay chỉ đơn giản là tò mò về hóa học IX, bạn có thể hỏi "Nhựa trao đổi ion là gì và nó hoạt động như thế nào?"

Bất kể mục tiêu của bạn là gì, bài viết này sẽ giúp bạn đưa ra quyết định tốt hơn về chiến lược xử lý nước phù hợp cho cơ sở của mình bằng cách giúp bạn hiểu rõ hơn về công nghệ nhựa IX và cách nó phục vụ nhiều nhu cầu xử lý và tách nước khác nhau.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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

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. 

4. How does ion exchange resin work? / Hạt nhựa trao đổi ion hoạt động như thế nào?

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.

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.

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.

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.

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

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.

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

7. 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:

• Nhựa Cation axit mạnh (SAC) là chất đồng trùng hợp sulfo hóa của styren và DVB.
• Nhựa Cation axit yếu (WAC) có cấu trúc bằng polyacrylic.
• 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++)

Trong nhựa cation H + sẽ trao đổi hydro cho các ion sau:

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

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

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.

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.

• 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.
• Nhựa có liên kết ngang 6% thường được sử dụng cho các ứng dụng nước giếng.
• 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.
• 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

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.

Hạt cation dạng Macroporous có màu trắng đục. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng làm mềm yêu cầu cao.

• Nhiệt độ cao cũng có mặt các chất oxy hóa như clo.
• Mặc dù công suất thấp hơn gel nhưng macroporous sẽ có tuổi thọ lâu hơn.
• Nhựa Macroporous có kích thước lỗ lớn hơn so với nhựa gel và có thể được liên kết chéo tới 20%

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

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.

Mặc dù nhựa cation axit yếu làm mềm nước nhưng nó không bao giờ được sử dụng trong các ứng dụng dân dụng.

• Nhựa WAC ở dạng hydro (H +).
• Nếu được sử dụng trong gia đình, độ pH của nước đi qua hệ thống sẽ giảm đáng kể.
• WAC thường được sử dụng để loại bỏ độ kiềm, làm mềm nước có độ mặn cao và loại bỏ các kim loại nặng.

7.3. Cation Exchange Process / Quy trình trao đổi cation

Làm mềm bằng nhựa cation là một chức năng trao đổi đơn giản.

7.3.1. Softening / Làm mềm

• Hạt nhựa mang điện tích âm và thu hút các ion dương.
• Khi được cung cấp ở dạng natri (Na +), nhựa sẽ trao đổi các ion natri để lấy các ion độ cứng - canxi và magiê.
• Hạt bị thu hút mạnh hơn bởi các ion này và dễ dàng trao đổi với natri.
• Khi nhựa cạn kiệt, nó được tái sinh bằng dung dịch nước muối (NaCl).
• Nước muối lấn át và giải phóng canxi và magiê từ hạt.
• Nhựa được “chuyển đổi” trở lại dạng natri và sẵn sàng để sử dụng lại.

7.3.2. Iron Reduction / Khử sắt

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.

7.3.3. Demineralization / Khử khoáng

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.)

8. Anion Resin / Hạt nhựa Anion

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.

Các loại nhựa anion phổ biến nhất theo loại là:

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

• 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 Loại 1 anion macroporous thường được sử dụng để khử chất hữu cơ hoặc giảm tannin.
• Tái sinh là với nước muối làm cho nó phù hợp cho các mục đích dân dụng.
• 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.)
• Hiệu quả tái sinh cao hơn đạt được bằng cách tăng nhiệt độ chất tái sinh cho SBA-1.

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

• 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 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.
• 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.)

8.3. Weak Base Anion / Nhựa Anion gốc bazơ yếu

• 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.

• “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.

8.4. 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- -)

8.5. 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)

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

Các ứng dụng khử ion hoặc nước khử khoáng

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