Hạt nhựa trao đổi ion

HẠT NHỰA TRAO ĐỔI ION

Hạt nhựa trao đổi ion hay còn được gọi là hạt nhựa làm mềm nước là loại hạt không hoà tan và có chứa các ion có thể dễ dàng trao đổi với các ion khác trong dung dịch phản ứng với nó. Sự trao đổi này không làm biến đổi tính chất vật lý của vật liệu trao đổi ion.

Cấu tạo của hạt nhựa trao đổi ion

Cấu tạo của hạt trao đổi ion gồm hai phần. Một phần làm từ polymer (một dạng plastic) là gốc của chất trao đổi ion, một phần nhóm ion có thể trao đổi (nhóm hoạt tính ). Resin được tạo ra bởi sự trùng ngưng từ styren và divinylbenzen(DVB). Phân tử styren tạo nên cấu trúc cơ bản của Resin. DVB là những cầu nối giữa các polymer có tính không hoà tan và bền vững. Cầu nối trong Resin là cầu nối 3 chiều. Cấu trúc của hạt Resin có rất ngiều lỗ rỗng.

Tính chất vật lý của hạt nhựa trao đổi ion

Màu sắc: vàng, nâu, đen, thẩm. Trong quá trình sử dụng nhựa, màu sắc của nhựa mất hiệu lực thường thâm hơn một chút.

hình ảnh thực tế hạt nhựa trao đổi ion

hình ảnh thực tế hạt nhựa trao đổi ion

Hình thái: nhựa trao đổi ion thường ở dạng tròn. Độ nở: khi đem nhựa dạng keo ngâm vào trong nước ,thể tích của nó biến đổi lớn.o Độ ẩm : là % khối lượng nước trên khối lượng nhựa ở dạng khô (độ ẩm cao), hoặc ở dạng ướt (độ ẩm thấp).

Chịu oxy hoá: chất oxy hoá mạnh có thể làm cho nhựa bị lão hoá (trơ);

Tính chất hoá học

Dung lượng trao đổi biểu thị mức độ nhiều ít của lượng ion có thể trao đổi trong một loại chất trao đổi ion. Có 2 cách biểu thị dung lượng trao đổi.Theo thể tích đlg/m3; theo khối lượng mgđl/g.

Tổng dung lượng trao đổi : chỉ tiêu này biểu thị lượng gốc hoạt tính có trong chất trao đổi .

Dung lượng trao đổi cân bằng : biểu thị dung lượng trao đổi lớn nhất của chất trao đổi ion trong một loại dung dịch nào đó đã định ,nên không phải là hằng số;

Dung lượng trao đổi làm việc : Dung lượng trao đổi được xác định dưới điều kiện vận hành thực tế.

Tính năng thuận nghịch của phản ứng trao đổi ion

Phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch. Dựa trên tính chất này người ta có thể hoàn nguyên, tái nạp ion cho nhóm trao đổi, khôi phục lại năng lực trao đổi của nó.

2HR + Ca 2+ +> CaR 2 + 2H + (nhựa trao đổi)

CaR 2 + 2H+ => 2HR + Ca 2+ (hoàn nguyên)

hình ảnh nguyên lý hoạt động hạt nhựa trao đổi ion
hình ảnh nguyên lý hoạt động hạt nhựa trao đổi ion

Tính acid, kiềm : tính năng của chất Cationit RH và chất Anionit ROH ,giống chất điện giải acid, kiềm.

Tính trung hoà và thuỷ phân : tính năng trung hoà và thuỷ phân của chất trao đổi ion giống chất điện giải thông thường.

Tính chọn lựa của chất trao đổi ion;- Ở hàm lượng ion thấp trong dung dịch, nhiệt độ bình thường, khả năng trao đổi tăng khi hoá trị của ion trao đổi tăng.

Thứ tự ưu tiên khi trao đổi ion

Đối với nhựa Cationit acid mạnh (SAC): Fe 3+ > Al 3+ > Ca 2+ > Mg 2+ > K+> H+ > Li+

Đối với nhựa Cationit acid yếu (WAC): H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > Li+

Đối với nhựa anionit kiềm yếu (WBA);
– Ở hàm lượng ion thấp, nhiệt độ bình thường và những ion cùng hoá trị, khả năng trao đổi tăng khi số điện tử của ion trao đổi lớn (bán kính hydrat hoá lớn);
– Ở hàm lượng ion cao, khả năng trao đổi của các ion không khác nhau nhiều lắm .

Tốc độ trao đổi ion

Tốc độ trao đổi ion tuỳ thuộc trên tốc độ của các quá trình cấu thành sau:
– Khuếch tán của các ion từ trong pha lỏng đến bề mặt của hạt rắn.
– Khuếch tán của các ion qua chất rắn đến bề mặt trao đổi .
– Trao đổi các ion (tốc độ phản ứng )
– Khuếch tán của ion thay thế ra ngoài bề mặt hạt rắn;
– Khuếch tán của các ion được thay thế từ bề mặt hạt rắn vào trong dung dịch

Ưu và nhược điểm của nhựa trao đổi ion

Quy trình này có nhược điểm đó là nếu trong nước tồn tại các hợp chất hữu cơ hay ion Fe3+, chúng sẽ bám dính vào các hạt nhựa ion, làm giảm khả năng trao đổi ion của nhựa.

Ngoài nhược điểm trên, việc sử dụng nhựa trao đổi ion có nhiều tiện ích như thời gian sử dụng lâu dài, tái sinh được nhiều lần với chi phí thấp, năng lượng tiêu tốn nhỏ …Đặc biệt đây là phương pháp xử lý nước thân thiện với môi trường vì nó chỉ hấp thu các chất sẵn có trong nước.

Ứng dụng của các hạt nhựa trao đổi ion

Mục đích của việc dùng hạt nhựa trao đổi ion trong hệ thống lọc nước uống là nhằm làm mềm nước hoặc loại bỏ các chất khoáng không cần thiết trong nước.

Nước được làm mềm bằng cách sử dụng một loại nhựa có chứa ion Na+ liên kết với một cation (ion âm) khác, cation đó có khả năng liên kết với Ca2+ và Mg2+ mạnh hơn Na+. Khi cho nhựa vào cột trao đổi ion và cho nước cần xử lý chảy qua cột, cation có trong nhựa sẽ liên kết với các ion Ca2+ và Mg2+ và giữ chúng lại trong cột, đồng thời sẽ giải phóng Na+ vào nước, cách này giúp loại bỏ ion Ca2+ và Mg2+ có trong nước uống, giúp nước “mềm” hơn.

 

Bài Viết Liên Quan