Hạt nhựa trao đổi ion là gì? Ứng dụng trong Môi trường
5 (100%) 1 vote

Sự trao đổi ion là một quá trình được sử dụng rộng rãi trong các quy trình sản xuất công nghiệp, trong các hoạt động y tế, dược phẩm…để kiểm soát độ tinh khiết, pH của nước bằng cách loại bỏ những ion không mong muốn và thay thế bằng những ion chấp nhận được. Đây là một quá trình diễn ra hai chiều và rất nhanh chóng. Trong quá trình trao đổi ion, không thể thiếu sự có mặt của những hạt nhựa trao đổi ion.

Hạt nhựa trao đổi ion là gì?

Hạt nhựa trao đổi ion hay còn được gọi là hạt resin, có thể hiểu đơn giản là những hạt nhựa  không hòa tan trong nước và có chứa những ion có thể dễ dàng trao đổi với những ion khác có trong dung dịch khi dung dịch chảy qua cột trao đổi. Việc trao đổi ion này diễn ra nhanh chóng và không làm thay đổi tính chất vật lý của hạt trao đổi.

Những hạt nhựa trao đổi ion hay còn được gọi là resin được tạo nên bằng phương pháp hóa học, là phản ứng trùng ngưng styrene và divinylbenzen DVB. Các phân tử styrene tạo nên cấu trúc cơ bản của resin, còn DVB là cầu nối các polymer có tính không tan bền vững, đây là những cầu nối ba chiều giúp tạo nên cấu trúc rỗng trong các hạt trao đổi ion.

Hạt trao đổi ion được chia làm hai phần:

–         Gốc của chất trao đổi ion

–         Nhóm ion có khả năng trao đổi hay còn gọi là nhóm hoạt tính.

Những tính chất cơ bản của hạt nhựa trao đổi ion

Hat-trao-doi-ion

Hạt nhựa trao đổi ion

–         Màu sắc: thường sẽ mất dần sau một thời gian sử dụng. Các hạt nhựa trao đổi ion thường có một số màu như: vàng, nâu, đen…

–         Hình thái: Ở dạng hình tròn có kích thước khoảng 0,04 – 1 mm

–         Độ nở: Thể tích sẽ tăng khi ngâm vào trong nước

–         Độ ẩm:  chia làm độ ẩm khô và độ ẩm ướt

–         Tính chịu nhiệt: chịu được nhiệt độ ở giới hạn nhất định thường từ 20 – 500C sẽ cho hiệu quả làm việc tốt nhất. Nhiệt độ quá cao sẽ làm hạt nhựa bị phân giải

–         Tính dẫn điện: Phụ thuốc vào dạnh ion, thường chất trao đổi ion ẩm sẽ dẫn nhiệt tốt hơn

–         Tính chịu oxy hóa: Hạt nhựa sẽ bị lão hóa khi tiếp xúc với những chất oxi hóa mạnh

–         Tính chịu mài mòn: Có khả năng vỡ vụn trong quá tridnh vận hành nếu có sự co xát va chạm.

Trên thực tế, ta có thể thấy một số loại hạt nhựa trao đổi ion sau:

 

Mot-so-loai-hat-nhua-trao-doi-ion

Hình ảnh một số loại hạt nhựa trao đổi ion

 

–         Hạt nhựa styrene có dạng gel mày vàng trong suốt

–         Hạt macroprous trong suốt

–         Hạt macroprous cation styrene màu vàng nhạt hoặc màu nâu xám

–         Hạt macroprous anion styrene có màu trắng

–         Hạt acrylic màu trắng hặc trắng sữa

Phân loại hạt nhựa trao đổi ion (hạt resin)

 

Hat-nhua-trao-doi-ion

Hạt cation và hạt anion

Dựa trên cấu tạo của hạt resin, người ta có thể chia hạt trao đổi ion thành ba loại:

–         Các cationit: có khả năng hút ion dương từ dung dịch điện ly, mang tính acid. Các loại hạt này thường dùng để làm mềm nước. Trong nhóm này người ta chia làm 2 loại:

o   Các cation acid mạnh: chứa một lượng lớn những acid mạnh dễ dàng phân tách ion H+, các ion mang điện tích âm của gốc acid có thể hấp thụ những cation khác trong dung dịch acid hoặc kiềm

o   Các cation acid yếu: chứa một lượng lớn những acid yếu có thể phân ly H+ và nước có tính acid, nhóm mang điện tích âm sẽ kết hợp với cation khác trong dụng dịch kiềm hoặc trung tính.

–         Các anionit: có khả năng hút ion âm từ dung dịch điện ly, mang tính kiềm. Các loại hạt này thường được sử dụng để loại bỏ nitrat hay những tạp chất hữu cơ. Trong nhóm này cũng được chia làm hai loại:

o   Các anion bazo mạnh: chưa một lượng lớn các nhóm kiềm mạnh như amin bậc 4 –N(CH2)3-OH  có thể phân ly OH- trong nước, chúng sẽ hấp thu các điện tích dương kết hợp với anion có trong dung dịch có môi trường pH khác nhau

o   Các anion bazo yếu: chứa một lượng lớn các nhóm kiềm yếu như amin bậc 1 –NH3-Cl, amin bậc 3 –NR2 có thể phân ly trong nước và OH- kiềm yếu. Nhóm này làm việc trong môi trường trung tính hoặc axit

–         Các anionit lưỡng tính: chứa những nhóm có khả năng trao đổi cả cation và anion. Sự kết hợp trao đổi này giúp loại bỏ hầu hết các chất cặn bẩn, các ion có trong nước.

Ưu nhược điểm và ứng dụng thực tế của hạt nhựa trao đổi ion

Ưu điểm:

–         Thời gian sử dụng lâu dài, có thể tái sinh nhiều lần nên mang lại tính kinh tế cao khi sử dụng

–         Tiêu thụ điện năng ít

–         Thân thiện với môi trường và người dùng

–         Dễ dàng lắp đặt và vận hành

Nhược điểm:

–         Chỉ sử dụng để trao đổi ion, không dùng để lọc các hợp chất hữu cơ hay ion Fe3+

–         Cần loại bỏ những chất hữu cơ hay ion Fe3+ trước khi cho nước qua hệ thống trao đổi ion để bảo vệ hạt trao đổi ion.

Những ứng dụng thực tế của hạt nhựa trao đổi ion

Ứng dụng rộng rãi và được nhiều người biết đến nhất chính là  xử lý làm mềm nước, loại bỏ những chất khoáng, chất kiềm không cần thiết trong nước, cụ thể như:

–         Làm mềm nước, loại bỏ độ cứng của nước  bằng cách giảm nồng độ Ca2+, Mg2+ và tăng nồng độ Na+

–         Loại bỏ được những khoáng chất không mong muốn như Bari, Radium, Asen, Uranium, Canxi, Crom, Mangan, Magie…

–         Loại bỏ nitrat NO3-, ClO4-, CO32-, CN-, SO42-

Khi lựa chọn sử dụng hạt nhựa trao đổi ion, tùy theo mục đích loại bỏ để ta có thể chọn được loại hạt phù hợp nhất.

Mua bán piano Nhật