انواع رزین
شیمی رزینها
رزینهای موازنه کننده یون، ذرات جامدی هستند که می‌توانند یونهای نامطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان از یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند. رزینهای تعویض یونی شامل بار مثبت کاتیونی و بار منفی آنیونیمی باشد بگونه‌ای که از نظر الکتریکی خنثی هستند. موازنه کننده‌ها با محلول‌های الکترولیت این تفاوت را دارند که فقط یکی از دو یون، متحرک و قابل تعویض است بهعنوان مثال، یک تعویض کننده کاتیونی سولفونیک دارای نقاط آنیونی غیر متحرکی است که شامل رادیکالهای آنیونی SO2-3 می‌باشد که کاتیون متحرکی مثل+H یا+Na به آن هستند.
این کاتیونهای متحرک می‌توانند در یک واکنش تعویض یونی شرکت کنند به همین صورت یک تعویض کننده آنیونی دارای نقاط کاتیونی غیر متحرکی است که آنیونهای متحرکی مثل-Clیا-OH به آن متصل می‌باشد. در اثر تعویض یون، کاتیونها یا آنیونهای موجود در محلول با کاتیونها و آنیونهای موجود در رزین تعویض می‌شود، بگونه‌ای که هم محلول و هم رزین از نظر الکتریکی خنثی باقی می‌ماند. در اینجا با تعادل جامدمایع سروکار داریم بدون آنکه جامد در محلول حل شود. برای آنکه یک تعویض کننده یونی جامد مفید باشد باید دارای شرایط زیر باشد:
1. خود دارای یون باشد.
2. در آب غیر محلول باشد.
3. فضای کافی در شبکه تعویض یونی داشته باشد، بطوریکه یونها بتوانند به سهولت درشبکه جامد رزین وارد و یا از آن خارج شوند.
در مورد رزین‌هایکاتیونی هر دانه رزین با آنیون غیر تحرک و یون متحرک +H را می‌توانهمچون یک قطرهاسیدسولفوریکبا غلظت 25% فرض نمود. این قطره در غشایی قرار دارد که فقط کاتیونمی‌تواند از ان عبور نماید
طبقه بندی رزینها
رزینها بر حسب گروه عامل تعویض متصل به پایه پلیمریرزین به چهار دسته تقسیم می‌شوند:
1. رزینهای کاتیونی قوی SAC( StrongacidisCation)
2. رزینهای کاتیونی ضعیف WAC( Weak acids Cation)
3. رزینهای آنیونی قوی SBA( Strong basic anion)
4. رزینهای آمونیونی ضعیف ( WBA( Weak basic anion
بطور کلیرزین‌های نوع قوی در یک محدوده وسیع PH و رزینهای نوع ضعیف در یک محدوده کوچک از PH مناسب هستند. ولیکن با استفاده از رزینهای نوع ضعیف، صرفه جویی قابل توجهی درمصرفموادشیمیاییمورد نیاز برای احیا رزین را باعث می‌شود. رزینهای کاتیونی قوی قادربه جذب کلیه کاتیونهای موجود در آب می‌باشد ولی نوع ضعیف قادر به جذب کاتیونهایهستند که به قلیائست آب مرتبط است و محصول سیستم اسید کربنیک است.
نوع قوی
رزینهای موازنه کننده یون، ذرات جامدی هستند که می‌توانند یونهای نامطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان از یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند. رزینهای تعویض یونی شامل بار مثبت کاتیونی و بار منفی آنیونیمی باشد بگونه‌ای که از نظر الکتریکی خنثی هستند. موازنه کننده‌ها با محلول‌های الکترولیت این تفاوت را دارند که فقط یکی از دو یون، متحرک و قابل تعویض است بهعنوان مثال، یک تعویض کننده کاتیونی سولفونیک دارای نقاط آنیونی غیر متحرکی است که شامل رادیکالهای آنیونی SO2-3 می‌باشد که کاتیون متحرکی مثل+H یا+Na به آن هستند.
این کاتیونهای متحرک می‌توانند در یک واکنش تعویض یونی شرکت کنند به همین صورت یک تعویض کننده آنیونی دارای نقاط کاتیونی غیر متحرکی است که آنیونهای متحرکی مثل-Clیا-OH به آن متصل می‌باشد. در اثر تعویض یون، کاتیونها یا آنیونهای موجود در محلول با کاتیونها و آنیونهای موجود در رزین تعویض می‌شود، بگونه‌ای که هم محلول و هم رزین از نظر الکتریکی خنثی باقی می‌ماند. در اینجا با تعادل جامدمایع سروکار داریم بدون آنکه جامد در محلول حل شود. برای آنکه یک تعویض کننده یونی جامد مفید باشد باید دارای شرایط زیر باشد:
1. خود دارای یون باشد.
2. در آب غیر محلول باشد.
3. فضای کافی در شبکه تعویض یونی داشته باشد، بطوریکه یونها بتوانند به سهولت درشبکه جامد رزین وارد و یا از آن خارج شوند.
در مورد رزین‌هایکاتیونی هر دانه رزین با آنیون غیر تحرک و یون متحرک +H را می‌توانهمچون یک قطرهاسیدسولفوریکبا غلظت 25% فرض نمود. این قطره در غشایی قرار دارد که فقط کاتیونمی‌تواند از ان عبور نماید
طبقه بندی رزینها
رزینها بر حسب گروه عامل تعویض متصل به پایه پلیمریرزین به چهار دسته تقسیم می‌شوند:
1. رزینهای کاتیونی قوی SAC( StrongacidisCation)
2. رزینهای کاتیونی ضعیف WAC( Weak acids Cation)
3. رزینهای آنیونی قوی SBA( Strong basic anion)
4. رزینهای آمونیونی ضعیف ( WBA( Weak basic anion
بطور کلیرزین‌های نوع قوی در یک محدوده وسیع PH و رزینهای نوع ضعیف در یک محدوده کوچک از PH مناسب هستند. ولیکن با استفاده از رزینهای نوع ضعیف، صرفه جویی قابل توجهی درمصرفموادشیمیاییمورد نیاز برای احیا رزین را باعث می‌شود. رزینهای کاتیونی قوی قادربه جذب کلیه کاتیونهای موجود در آب می‌باشد ولی نوع ضعیف قادر به جذب کاتیونهایهستند که به قلیائست آب مرتبط است و محصول سیستم اسید کربنیک است.
نوع قوی
Ca(HCO3)2 OR MgSO4 + 2ZSO3H -----> Ca2++2H2CO3 OR Mg2+ + H2SO4
نوع ضعیف
Mg(HCO3)2 OR Ca(HCO3)2 + 2ZCOOH -----> (ZCOO)2+ + Mg(ZCOO)2+Ca + 2H2CO3
مزیت رزینهای کاتیونی ضعیف بازدهی بالای آنها در مقایسه با رزینهای کاتیونی قوی می‌باشد، در نتیجه باعث تولید پساب کمتر در احیا مکرر می‌گردد. اصولا زمانی که هدف جداسازی کلیه کاتیونهای آب است بکارگیری توام رزین کاتیونی قوی و ضعیف اقتصادی تر از بکارگیری رزینهای کاتیونی قوی می‌باشد. رزینهای آنیونی قوی قادر به جذب کلیه آنیونهای موجود در آب بوده ولی رزینهای آنیونی قادر به جذب آنیون اسیدهای قوی نظیر اسیدسولفوریک،کلریدریک و نیتریک می‌باشد. رزینهای آنیونی ضعیف مقاومتر از رزینهای آنیونی قوی بوده و به همین جهت در سیستم‌های تصفیه آب،رزینهای آنیونی قوی در پاین دست رزینهای آنیونی ضعیف قرار می‌گیرند.
2HCl OR 2H2SiO3 + 2ZOH -----> 2ZHSio3ZCl + H2O
2HCl OR 2HNO3 + ZOH -----> 2ZCl OR 2ZNO3 + H2O
2HCl OR 2HNO3 + ZOH -----> 2ZCl OR 2ZNO3 + H2O
برخی از کاربردهای رزینها
• رزینهای کاتیونی سدیمی نه تنها کاتیونهای سختی آور آب بلکه همه یونهای فلزی را با سدیم تعویض می‌کنند. برای احیا این نوع رزینهای کافی است که رزین را با آب نمک شست و شودهیم تا رزین به فرم اولیه خود برگردد.
• با رزینهای کاتیونی چه نوع هیدروژنی و چه نوع سدیمی می‌توان آهن ومنگنز را چون بقیه کاتیونها حذف کرد اما به علت امکان آلوده شدن رزینها معمولا مشکلاتی داشته و باید نکاتی را رعایت کرد. اولا باید دقت کرد که قبل از حذف یون آهن توسط رزین هیچ هوایی با آب در تماس قرار نگیرد چون در اثر مجاورت با هوا، آهن و منگنز محلول در آب اکسیده شده غیر محلول در می‌آیند و در نتیجه روی ذرات رزین رسوب کرده وباعث آلوده شدن رزین می‌گردد.
• با استفاده از رزینهای تبادل یونی می‌توان لیزین را که جز اسیدآمینه ضروری مورد نیاز رژیم غذایی خوکها، ماکیان و سایر گونه‌های حیوانی می‌باشد، را تخلیص کرد. دلیل اهمیت تخلیص این اسید آمینه، نزدیکتر شدن رژیم غذایی حیوانات به نیازمندیهای آنها در مصرف مواد خام و ... است با توجه به اینکه مقدار لیزین در دانه‌ها، بخصوص غلات ناچیز می‌باشد.
• حذف سیلیکا از آبهای صنعتی با استفاده از رزینهای آنیونی قوی
• حذف آمونیاک از هوا بوسیله زئولیت‌های طبیعی اصلاح شده (کلینوتپلولیت)
• در صنعت برای گرفتن یا کاهشسختیآبو یون زدایی آن، از تبادلگرهای یونی استفاده می‌شود. آب یون زدایی شده،فاقد ناخالصی‌های دی‌اکسیدکربنوسیلیس است و در آب مقطر وجود دارد. یکی دیگر از کاربردهای تبادلگرهای یونی رزینی، شیرین کردن آبدریا با جداسازی نمکهای سدیم و پتاسیم و منیزیم، بوسیله رزینها می‌باشد و برای جدا کردن یونهای فلزی به‌صورت ترکیبات آنیونی هم از رزینها استفاده می‌شود. یک مورد دیگر، تعیین غلظت کل نمکهای محلول در آب است.
احیاء رزین
• پس از مدتی، ظرفیت رزینها از نظر تبادل یونی تکمیل می‌شود. درنتیجه، باید تبادلگرهای کاتیونی و آنیونی را با افزایش اسید یا باز رقیق فعال کرد. این عمل را احی ایا بازسازی می‌نامند. در کارخانه‌هایی که فقط از زئولیت استفاده می‌شود، فعال کردن و بازسازی آن با افزایش محلول ده درصد کلرید سدیم انجام می‌شود.