رزین
رزينها موادي هستند كه داراي مولكولهاي بزرگي ميباشند كه دو سر آنها قطبي بوده و داراي بارهاي مخالف ميباشند، درنتييجه رزينها چسبندگي خوبي را ايجاد ميكنند. رزين ها در ساختن پلاستيكها، چسبها و ... كاربرد دارند.
رزينهاي موازنه كننده يون ، ذرات جامدي هستند كه ميتوانند يونهاي نامطلوب در محلول را با همان مقدار اكي والان از يون مطلوب با بار الكتريكي مشابه جايگزين كنند. رزينهاي تعويض يوني شامل بار مثبت كاتيوني و بار منفي آنيوني ميباشد بگونهاي كه از نظر الكتريكي خنثي هستند. موازنه كنندهها با محلولهاي الكتروليت اين تفاوت را دارند كه فقط يكي از دو يون ، متحرك و قابل تعويض است به عنوان مثال ، يك تعويض كننده كاتيوني سولفونيك داراي نقاط آنيوني غير متحركي است كه شامل راديكالهاي آنيوني SO2-3 ميباشد كه كاتيون متحركي مثل +H يا +Na به آن هستند.
اين كاتيونهاي متحرك ميتوانند در يك واكنش تعويض يوني شركت كنند به همين صورت يك تعويض كننده آنيوني داراي نقاط كاتيوني غير متحركي است كه آنيونهاي متحركي مثل -Cl يا -OH به آن متصل ميباشد. در اثر تعويض يون ، كاتيونها يا آنيونهاي موجود در محلول با كاتيونها و آنيونهاي موجود در رزين تعويض ميشود ، بگونهاي كه هم محلول و هم رزين از نظر الكتريكي خنثي باقي ميماند. در اينجا با تعادل جامد مايع سروكار داريم بدون آنكه جامد در محلول حل شود. براي آنكه يك تعويض كننده يوني جامد مفيد باشد بايد داراي شرايط زير باشد:
خود داراي يون باشد.
در آب غير محلول باشد.
فضاي كافي در شبكه تعويض يوني داشته باشد ، بطوريكه يونها بتوانند به سهولت در شبكه جامد رزين وارد و يا از آن خارج شوند.
در مورد رزينهاي كاتيوني هر دانه رزين با آنيون غير تحرك و يون متحرك +H را ميتوان همچون يك قطره اسيد سولفوريك با غلظت 25% فرض نمود. اين قطره در غشايي قرار دارد كه فقط كاتيون ميتواند از ان عبور نمايد. شكل زير تصوير يك دانه رزين و تصوير معادل يك قطره اسيد سولفوريك 25% نشان ميدهد.
طبقه بندي رزينها
رزينها بر حسب گروه عامل تعويض متصل به پايه پليمري رزين به چهار دسته تقسيم ميشوند:
رزينهاي كاتيوني قوي SAC) Strongacidis Cation)
رزينهاي كاتيوني ضعيف WAC) Weak acidis Cation)
رزينهاي آنيوني قوي SBA) Strongbasic anion)
رزينهاي آمونيوني ضعيف WBA) Weak basic anion
بطور كلي رزينهاي نوع قوي در يك محدوده وسيع PH و رزينهاي نوع ضعيف در يك محدوده كوچك از PH مناسب هستند. وليكن با استفاده از رزينهاي نوع ضعيف ، صرفه جويي قابل توجهي در مصرف مواد شيميايي مورد نياز براي احيا رزين را باعث ميشود. رزينهاي كاتيوني قوي قادر به جذب كليه كاتيونهاي موجود در آب ميباشد ولي نوع ضعيف قادر به جذب كاتيونهاي هستند كه به قليائست آب مرتبط است و محصول سيستم اسيد كربنيك است.
نوع قوي
Ca(HCO3)2 OR MgSO4 + 2ZSO3H -----> Ca2++2H2CO3 OR Mg2+ + H2SO4
نوع ضعيف
Mg(HCO3)2 OR Ca(HCO3)2 + 2ZCOOH -----> (ZCOO)2+ + Mg(ZCOO)2+Ca + 2H2CO3
مزيت رزينهاي كاتيوني ضعيف بازدهي بالاي آنها در مقايسه با رزينهاي كاتيوني قوي ميباشد ، در نتيجه باعث توليد پساب كمتر در احيا مكرر ميگردد. اصولا زماني كه هدف جداسازي كليه كاتيونهاي آب است بكارگيري توام رزين كاتيوني قوي و ضعيف اقتصادي تر از بكارگيري رزينهاي كاتيوني قوي ميباشد. رزينهاي آنيوني قوي قادر به جذب كليه آنيونهاي موجود در آب بوده ولي رزينهاي آنيوني قادر به جذب آنيون اسيدهاي قوي نظير اسيد سولفوريك ، كلريدريك و نيتريك ميباشد. رزينهاي آنيوني ضعيف مقاومتر از رزينهاي آنيوني قوي بوده و به همين جهت در سيستمهاي تصفيه آب ، رزينهاي آنيوني قوي در پاين دست رزينهاي آنيوني ضعيف قرار ميگيرند.
2HCl OR 2H2SiO3 + 2ZOH -----> 2ZHSio3ZCl + H2O
2HCl OR 2HNO3 + ZOH -----> 2ZCl OR 2ZNO3 + H2O
برخي از كاربردهاي رزينها
رزينهاي كاتيوني سديمي نه تنها كاتيونهاي سختي آور آب بلكه همه يونهاي فلزي را با سديم تعويض ميكنند. براي احيا اين نوع رزينهاي كافي است كه رزين را با آب نمك شست و شو دهيم تا رزين به فرم اوليه خود برگردد.
با رزينهاي كاتيوني چه نوع هيدروژني و چه نوع سديمي ميتوان آهن و منگنز را چون بقيه كاتيونها حذف كرد اما به علت امكان آلوده شدن رزينها معمولا مشكلاتي داشته و بايد نكاتي را رعايت كرد. اولا بايد دقت كرد كه قبل از حذف يون آهن توسط رزين هيچ هوايي با آب در تماس قرار نگيرد چون در اثر مجاورت با هوا ، آهن و منگنز محلول در اب اكسيده شده غير محلول در ميآيند و در نتيجه روي ذرات رزين رسوب كرده و باعث آلوده شدن رزين ميگردد.
با استفاده از رزينهاي تبادل يوني ميتوان ليزين را كه جز اسيد آمينه ضروري مورد نياز رژيم غذايي خوكها ، ماكيان و ساير گونههاي حيواني ميباشد ، را تخليص كرد. دليل اهميت تخليص اين اسيد آمينه ، نزديكتر شدن رژيم غذايي حيوانات به نيازمنديهاي آنها در مصرف مواد خام و ... است با توجه به اينكه مقدار ليزين در دانهها ، بخصوص غلات ناچيز ميباشد.
حذف سيليكا از آبهاي صنعتي با استفاده از رزينهاي آنيوني قوي
حذف آمونياك از هوا بوسيله زئوليتهاي طبيعي اصلاح شده (كلينوتپلوليت)
منابع
نشريه علمي و پژوهشي شيمي ايران دوره 23 شماره 2
اصول تصفيه آب تاليف دكتر محمد چالكش اميري