رزین های تعویض یونی

ویژگی هایی که استفاده از رزین ها را برای کاهش سختی آب مطلوب تر می کنند عبارتند از:
۱ – مقدار رنگ و کدریت آب خام کم باشد.
۲ – سختی آب بیشتر از نوع غیر کربناتی باشد (سختی دائم) .
۳ – سختی آب متغیر باشد.
۴ – حجم آب مصرفی کم باشد.
در شرایط زیر آهک و سودازنی می تواند مطلوبتر باشد:
۱ – آب خام حتماً نیاز به صاف کردن ( فیلتراسیون ) داشته باشد.
۲ – بیشتر سختی آب از نوع سختی موقت باشد.
۳ – حجم آب مورد نیاز و نیز سختی آن زیاد باشد.

تاریخچه رزین های تعویض یونی:
رزین های تعویض یونی ذرات جامدی هستند که می توانند یون های نامطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان از یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند.
در سال ۱۸۵۰ یک خاکشناس انگلیسی متوجه شد که محلول سولفات آمونیمی که به عنوان کود شیمیایی بکار می رود، در اثر عبور از لایه های ستونی از خاک، آمونیم خود از دست می دهد به گونه ای که در محلول خروجی از ستون خاک، سولفات کلسیم در محلول ظاهر می شود.
این یافته توسط دیگران پیگیری شد و متوجه شدند که سیلیکات آلومنیم موجود در خاک قادر به تعویض یونی می باشد. این نتیجه گیری با تهیه ژل سیلیکات آلومینیم از ترکیب محلول سولفات آلومینیم و سیلیکات سدیم به اثبات رسیده. بنابراین اولین رزین مصنوعی که ساخته شد سیلیکات آلومینیم بود.
به رزین های معدنی، زئولیت می گویند و در طبیعت سنگهایی یافت می شوند که می توانند کار زئولیت های سنتزی را انجام دهند. این مواد، یونهای سختی آور آب (کلسیم و منیزیم) را حذف می کردند و به جای آن یون سدیم آزاد می کردند از این رو به زئولیت های سدیمی مشهور شدند که استفاده از آن در تصفیه آب مزایای زیادی داشت چون احتیاج به استفاده از مواد شیمیایی نبود و اثرات جانبی نداشتند. اما زئولیت های سدیمی دارای محدودیت هایی بودند. این زئولیت ها می توانستند از این رو آب تصفیه شده با زئولیت های سدیمی به همان اندازه آب خام، قلیاییت، سولفات، کلراید و سیلیکات دارند.
واضح است که چنین آبی برای صنایع مطلوب نیست. مثلاً بی کربنات سدیم محلول در آب می تواند مشکلاتی را در مراحل بعدی برای دیگ بخار بوجود آورد. زیرا در اثر حرارت به سود و گاز دی اکسید کربن تبدیل می شود. سود یکی از عوامل مهم در خوردگی موضعی در نیروگاه هاست. گاز دی اکسید کربن موجود در بخار آب در اثر میعان بخار به صورت اسیدکربنیک در می آید که باعث خوردگی لوله های برگشتی می شود که بخار آب خروجی از توربین را به کندانسور (چگالنده) می برند.
یکی دیگر از اشکالات مهم استفاده از زئولیت های سدیمی، عدم کاهش غلظت سیلیس در آب تصفیه شده می باشد که یکی از خطرناک ترین ناخالصی های آب تغذیه دیگ بخار در فشار های زیاد می باشد.
تحقیقات برای رفع عیوب زئولیت های دسیمی ادامه یافت تا آن که در اواسط دهه ۱۹۳۰ در هلند زئولیت هایی ساخته شد که بجای سدیم فعال، هیدروژن فعال داشتند. این زئولیت ها که به تعویض کننده ای کاتیونی هیدروژنی معروف شدند، می توانستند تمام نمک های محلول در آب را به اسید های مربوطه تبدیل کنند. به عنوان مثال بی کربنات های کلسیم و منیزیم به اسید کربیک تبدیل می شوند که اسیدکربنیک تبدیل می شوند که اسید کربنیک به دی اکسید کربن و آب تجزیه می شود.
دی اکسید تولید شده را می توان توسط هوادهی یا هوازدایی از محیط حذف کرد. لذا با این روش قلیاییت بی کربناتی حذف می شود. رزین های کاتیونی هیدروژنی جدید، سیلیس نداشته و علاوه بر این قادرند همزمان هم سختی آب را حذف کنند و هم قلیاییت آب را کاهش دهند.
آب خروجی از تعویض کننده کاتیونی هیدروژنی، اسیدی است و باید خنثی شود. این کار با اضافه کردن قلیا (باز) یا مخلوط کردن خروجی تعویض کننده کاتیونی هیدروژنی با خروجی تعویض کننده سدیمی (زئولیت) امکان پذیر است.
تعویض کننده های کاتیونی هیدروژنی هم دارای محدودیت هایی هستند و هنوز آنیون ها، مثل سولفات، کلراید و سیلیکات حذف نمی شوند.
برای بهبود تکنولوژی تصفیه آب گام های اساسی در سال ۱۹۴۴ برداشته شد که باعث تولید رزین های تعویض یونی آنیونی شد. رزین های کاتیونی هیدروژنی تمام کاتیونهای آب را حذف می کنند و رزین های آنیونی تما آنیونهای آب از جمله سیلیس را حذف می نمایند. در نتیجه می توان با استفاده از هر دو نوع رزین، آب بدون یون تولید کرد. پیشرفت های بعدی که در دهه ۱۹۵۰ حاصل شد منجر به اختراع و تولید رزین های تعویض یونی ضعیف گردید که صرفه جویی قابل توجهی در مصرف مواد شیمیایی مورد نیاز برای احیاء رزین ها را باعث شد.

SOURCE: d’A lelio, G,F., U.s. patent No. 2,366, 007.