Ứng dụng của hạt nhựa trao đổi ion

Chu Văn An

Nhựa trao đổi ion thường được sử dụng trong hệ thống lọc nước để làm mềm nước và loại bỏ các khoáng chất, kiềm không cần thiết. Vậy nhựa trao đổi ion là gì? Cơ chế và ứng dụng của nó là gì? Hãy theo dõi bài viết dưới đây cùng Trường Chu Văn An để có được câu trả lời cụ thể nhé!

I. Nhựa trao đổi ion là gì?

Hạt nhựa trao đổi ion hay hạt làm mềm nước là những hạt nhựa không tan trong nước nhưng có khả năng giúp loại bỏ các tạp chất ion. Chúng chứa các ion có thể dễ dàng trao đổi với các ion khác trong dung dịch khi dung dịch chảy qua cột trao đổi. Sự trao đổi này không gây ra sự thay đổi tính chất vật lý của vật liệu trao đổi ion. Bản thân hạt không tham gia vào phản ứng hóa học, thay vào đó hạt trao đổi ion là môi trường vật lý để tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng trao đổi ion.

Nhựa trao đổi ion là gì?

II. Đặc điểm của nhựa trao đổi ion

– Cấu trúc của hạt trao đổi ion làm mềm nước được hình thành bởi các chuỗi hydrocarbon liên kết chéo với nhau trong một quá trình gọi là trùng hợp. Liên kết ngang giúp cho polyme nhựa có cấu trúc chắc chắn hơn với độ đàn hồi và khả năng chịu lực cao hơn (tùy thuộc vào khối lượng).

– Thành phần của loại nhựa này phần lớn là polystyrene, một số loại được làm từ acrylic và có thể là acrylonitrile hoặc methyl acrylate.

– Cấu trúc cơ bản của nhựa trao đổi ion được tạo thành từ các phân tử styren. Cấu trúc này bền và không hòa tan, là cầu nối 3 chiều giúp hình thành cấu trúc rỗng bên trong các hạt làm mềm nước.

– Hình dạng phân tử, kích thước và cấu trúc của hạt nhựa có thể khác nhau tùy theo từng loại:

• Chúng thường có dạng hình cầu, kích thước nhỏ, bán kính khoảng 0,25 – 1,25 mm.
• Màu sắc: thường là vàng, nâu, đen,… và sẽ phai dần sau một thời gian sử dụng
• Hình thái: hình tròn có kích thước khoảng 0,04 – 1mm
• Độ giãn nở: khi ngâm vào nước sẽ tăng thể tích
• Độ ẩm: chia thành độ ẩm khô và độ ẩm ướt
• Khả năng chịu nhiệt: khả năng chịu nhiệt ở một giới hạn nhất định, thường từ 20 – 50 độ C sẽ cho hiệu quả tốt nhất. Phân hủy khi nhiệt độ quá cao.
• Độ dẫn điện: phụ thuộc vào loại ion, trong đó chất trao đổi ion ẩm thường dẫn điện tốt hơn
• Đặc tính oxy hóa: lão hóa khi tiếp xúc với các tác nhân oxy hóa mạnh
• Khả năng chống mài mòn: trong quá trình hoạt động, khi có ma sát, va đập rất dễ bị gãy

Hạt nhựa trao đổi ion có màu vàng hoặc nâu,…

III. Nhựa trao đổi ion được phân loại như thế nào?

1. Nhựa trao đổi cation

Loại này có khả năng hấp thụ các ion dương từ dung dịch điện phân có tính axit, thường được sử dụng trong làm mềm nước. Chúng có thể được chia thành:

• Nhựa trao đổi cation có tính axit mạnh: bao gồm cấu trúc polystyrene với nhóm chức sulphonate được tích điện với các ion natri để làm mềm trong các ứng dụng của nó hoặc các ion hydro để khử khoáng.
• Nhựa trao đổi cation có tính axit yếu: gồm một loại polymer acrylic đã bị thủy phân bởi axit sulfuric để tạo thành các nhóm chức axit cacboxylic, thường được sử dụng để loại bỏ có chọn lọc các cation liên quan đến độ kiềm.

2. Nhựa trao đổi anion

Nó là hạt trao đổi ion có khả năng hấp thụ các ion âm từ dung dịch điện phân kiềm. Loại hạt nhựa này thường được sử dụng để loại bỏ nitrat hoặc các tạp chất hữu cơ. Chúng được chia thành:

• Nhựa trao đổi anion có tính kiềm mạnh: bao gồm cấu trúc polystyrene đã trải qua quá trình khử clo và khử amin để giúp cố định các anion vào các vị trí trao đổi.
• Nhựa trao đổi anion bazơ yếu: gồm cấu trúc polystyrene đã được clo hóa, sau đó khử amin bằng dimethylamine. Do không có ion trao đổi nên các hạt này được dùng làm chất hấp thụ axit, giúp loại bỏ các anion liên kết với axit khoáng mạnh.

IV. Tìm hiểu nguyên lý trao đổi ion của hạt nhựa

Sau khi nước chảy vào cột chứa các hạt nhựa trao đổi ion, các hạt nhựa sẽ trao đổi ion H+ với bất kỳ cation nào chúng gặp phải như Ca2+, Na+, Mg2+,… Tương tự như các hạt nhựa trao đổi Anion sẽ trao đổi OH- với bất kỳ loại cation nào mà chúng gặp phải. các anion như NO3-, Cl-, SO42-,… Các ion H+ từ thiết bị trao đổi cation kết hợp với các ion OH- từ thiết bị trao đổi anion để tạo ra nước tinh khiết.

Những loại nhựa này có thể được thiết kế trong các bộ trao đổi hoặc hỗn hợp riêng biệt có chứa cả hai loại. Trong cả hai trường hợp, quá trình tái tạo nhựa trao đổi ion sẽ xảy ra khi chúng đã trao đổi tất cả các ion H+ và OH- lấy các chất gây ô nhiễm tích điện trong nước. Sự tái sinh này là sự đảo ngược của quá trình trao đổi ion ở trên, thay thế các ion hiện được lưu trữ trong hạt nhựa bằng OH- và H+.

V. Ưu nhược điểm của nhựa trao đổi ion là gì?

1. Ưu điểm

• Giúp loại bỏ hiệu quả các chất vô cơ hòa tan với mức tiêu thụ năng lượng thấp
• Tiết kiệm chi phí với khả năng tái sinh hạt giống
• Đầu tư ban đầu thấp

Nhờ khả năng tái sinh, nhựa trao đổi ion giúp tiết kiệm chi phí sử dụng

2. Nhược điểm

• Các chất hữu cơ hoặc vi sinh vật không thể được loại bỏ
• Chỉ sử dụng khi nước đã qua giai đoạn xử lý thô ban đầu. Nếu trong nước còn chứa các hợp chất hữu cơ hoặc ion Fe3+ thì các chất này sẽ bám vào các hạt nhựa ion làm giảm khả năng xử lý của hạt.
• Chi phí vận hành cao trong thời gian dài do phải sử dụng hóa chất để tái sinh

VI. Ứng dụng quan trọng của nhựa trao đổi ion

• Trong làm mềm nước: Đảm nhận vai trò thay thế các ion Ca2+, Mg2+ bằng các ion vô hại như K+, Na+ để giảm độ cứng của nước. Quá trình này diễn ra liên tục và đạt đến trạng thái cân bằng khi nồng độ các ion magie và canxi đạt mức tối thiểu.

Nhựa trao đổi ion được dùng để làm mềm nước

• Trong sản xuất nước khử khoáng hoặc nước siêu tinh khiết: Để sản xuất nước khử khoáng cần sử dụng cả nhựa trao đổi cation và anion để loại bỏ tối đa các khoáng chất không mong muốn như Asen, Bari, Canxi, Mangan,…
• Lọc các ion không mong muốn: hạt nhựa được sử dụng để loại bỏ các hạt ion độc hại hoặc kim loại nặng khỏi dung dịch và thay thế chúng bằng các ion vô hại hơn như kali và natri. Cần lưu ý rằng hạt trao đổi ion không thể loại bỏ clo hoặc các chất ô nhiễm hữu cơ khỏi nước và cần xử lý kết hợp bằng bộ lọc than hoạt tính.
• Tính chất tinh chế kim loại: được sử dụng trong tinh chế kim loại để giúp tách uranium khỏi plutonium và các loại Actinide khác. Nó cũng là một thành phần quan trọng để khai thác và chiết xuất uranium.
• Lọc nước ép trái cây: được sử dụng trong quá trình sản xuất các loại nước ép trái cây như cam, việt quất, giúp loại bỏ các thành phần đắng và chua, từ đó cải thiện đáng kể hương vị nước ép.

Nhựa trao đổi ion được dùng để giảm vị đắng, chua của một số loại nước ép

• Sản xuất dược phẩm: dùng làm công cụ tính toán hoạt chất dược phẩm

VII. Nhựa trao đổi ion giá bao nhiêu? Mua hạt trao đổi ion ở đâu giá tốt, chất lượng, uy tín?

Nhìn chung, giá của loại hạt nhựa này không quá cao, bạn có thể sở hữu một túi hạt chỉ với vài chục nghìn đồng. Tuy nhiên, những loại có nguồn gốc xuất xứ khác nhau sẽ cho kết quả khác nhau. Để đảm bảo sản phẩm chính hãng, chất lượng với giá cả phải chăng, bạn nên lựa chọn nhà cung cấp uy tín. Công ty Trường Chu Văn An với hơn 20 năm trong lĩnh vực cung cấp hóa chất sẽ là một trong những địa chỉ đáng tin cậy để bạn tìm kiếm. Khi mua hàng tại Trường Chu Văn An bạn có thể hoàn toàn yên tâm về chất lượng, nguồn gốc xuất xứ rõ ràng và giá cả cạnh tranh trên thị trường. Ngoài ra, đội ngũ tư vấn giàu kinh nghiệm của chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn lựa chọn sản phẩm phù hợp nhất với nhu cầu của mình.

Để biết thêm thông tin chi tiết về sản phẩm như báo giá nhựa trao đổi ion hay cách sử dụng nhựa trao đổi ion,… vui lòng liên hệ Trường Chu Văn An qua hotline 0826 010 010 hoặc nhắn tin trên website vietchem. com.vn. Hệ thống chuyên gia của chúng tôi tại đây sẽ phản hồi nhanh chóng và hiệu quả nhất.