Hạt cation trong lọc nước

1. Hạt cation trong lọc nước

Chào các bạn, bài viết dưới đây mình sẽ chỉ rõ công dung của hạt cation(nhựa)

+ Công dụng chính của hạt cation chính là để làm mềm nước, khử khoáng, Nhựa cation axit mạnh loại bỏ các  ion gây ra độ cứng nước là Ca²⁺, Mg²⁺ và thay thế chúng bằng ion Na⁺. Khi tất cả các ion Na⁺ đã bị thay thế bằng ion canxi và magie là lúc cần tiến hành tái sinh nhựa trao đổi ion axit mạnh bằng dung dịch muối tinh khiết.

Watts Water Technologies là một trong những nhà cung cấp và tiêu thụ hạt nhựa trao đổi ion hàng đầu tại Mỹ. Ngoài hạt nhựa mang thương hiệu riêng ALAMO Brand. Watts còn cung cấp các nhãn hàng uy tín khác như Purolite, Dow, Jacobi … Khách hàng có thể tùy chọn bất cứ loại hạt nhựa nào phù hợp nhất với ứng dụng của mình.

Lựa chọn chính xác loại nhựa cation phù hợp với nguồn nước là yếu tố cơ bản tạo nên hiệu quả xử lý nước.

Nhãn hàng Alamo của Watts được sản xuất theo quy trình hiện đại và nghiêm ngặt nhất, có tuổi thọ cao và được ưa chuộng tại Mỹ và Canada. Hệ thống phân phối của Watts đảm nhận tư vấn, cung cấp hạt nhựa và dịch vụ thay hạt Cation/Anion cho khách hàng tại nhiều khu vực.

+ Hạt nhựa trao đổi ion xuất xứ Mỹ

+ Hạt cation Purolite xuất xứ Anh

+ Hạt nhựa xuất xứ Ấn Độ

2. Ưu điểm vượt trội của hạt trao đổi ion

+ Sản xuất theo tiêu chuẩn Mỹ - được kiểm nghiệm để sử dụng trong nhiều lĩnh vực.

+ Giám sát kỹ càng, đảm bảo chất lượng đồng đều của mọi hạt cation.

Khả năng tái sinh ion nhanh.

+ Tuổi thọ vật liệu dài hơn.

+ Chi phí hợp lý so với chất lượng và hiệu quả.

+ Dải sản phẩm rộng.

+ Không đòi hỏi quy trình tái sinh phức tạp.

Hạt cation

3. Nguyên lý trao đổi ion

+ Trao đổi ion là một chuỗi các phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion trong nước (chất lỏng) và các ion tích hợp trong hat nhựa. Sự trao đổi này dựa theo tính chất mạnh - yếu của các ion kim loại, dựa theo tính chất hút - đẩy của các ion mang điện tích âm / dương.

Theo đó, các ion mang điện tích dương di chuyển tự do trong nước Ca2+, Mg2+ sẽ dễ dàng chiếm chỗ của các ion Cl-, Na+ tích trữ trong các hạt nhựa, đẩy các ion yếu hơn/ trái dấu ra.

4. Cấu tạo và tính chất chung của nhựa cation

+ Hạt nhựa trao đổi ion có khả năng hấp thu các ion dương gọi là cationit, loại có khả năng hấp thu các ion âm gọi là anionit. Các hạt có thể cùng lúc hấp thu cation và anion được gọi là hạt ionit lưỡng tính .

+ Cấu tạo của hạt cation 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 vàdivinylbenzen(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.

5. Phân loại

có 4 loại hạt nhựa trao đổi ion chính:

1. Resin Cation acid mạnh.

2. Resin Cation acid yếu.

3. Resin Anion bazơ mạnh.

4. Resin Anion bazơ yếu

A. Tính chất vật lý

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 thái: hạt 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).

Tính chịu nhiệt: các loại nhựa cation bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, vượt quá giới hạn nhựa bị nhiệt phân giải, mất tác dụng. Nhiệt độ hoạt động tốt từ 20-50oC.

Tính dẫn điện: chất trao đổi ion ẩm dẩn điện tốt, tính dẫn điện của nó phụ thuộc vào dạng ion.Kích thước hạt: Resin có dạng hình cầu d= 0,04-1,00 mm.

Tính chịu mài mòn : trong vận hành các chất trao đổi ion cọ sát lẫn nhau và nở ngót , có khả năng dể vỡ vụn . Đây là một chỉ tiêu ảnh hưởng đến tính năng thực dụng của nó.

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

B.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.

C. 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)

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.

D.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 .

E. Tốc dộ 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 .

F. Điều kiện hoạt động của nhựa cation

Hạt nhựa trao đổi ion chỉ sử dụng để trao đổi ion chứ không dùng để lọc nước như nhiều người lầm tưởng. Sự có mặt các tạp chất trong nước, đặc biệt là chlorine, ozone có thể phá huỷ hoặc rút ngắn tuổi thọ của nhựa. Sự tồn tại của các chất khí hoà tan trong nước cũng có thể gây nhiễu loạn hoạt động trao đổi ion.

- Nhựa cation axit mạnh

Nhựa cation axit mạnh với nhóm chức năng axit sulfonic có thể phân ly trong dung dịch nước và hiển độ axit mạnh. Nó có thể trao đổi ion dương như Na⁺ và Ca²⁺.

Nhựa trao đổi ion cation axit mạnh có thể trao đổi cation trong tất cả các phạm vi PH và tương đối ổn định ở nhiệt độ cao ( trên thực tế ổn định ở mức 100 – 120⁰C). Do đó, hạt nhựa trao đổi ion axit mạnh được sử dụng trong một loạt các ứng dụng như xử lý nước, lọc thực phẩm, dược phẩm…

Nhựa cation axit mạnh có thể trung hòa các bazo mạnh và chuyển đổi các muối trung tính thành các axit tương ứng của nó. Trong khi nhựa anion bazo mạnh có thể trung hòa axit mạnh và chuyển đổi các muối trung tính thành các bazo tương ứng.

Hạt nhựa trao đổi ion axit mạnh lấy chức năng từ các nhóm axit sulfonic HSO₃^-.

Hạt nhựa

 Hạt nhựa trao đổi ion cation axit mạnh dùng trong: Làm mềm nước, Khử kiềm nước, Khử khoáng nước: Khử khoáng một phần, khử khoáng nước toàn phần

- Nhựa cation axit mạnh dùng để làm mềm nước

Khi được sử dụng trong hệ thống làm mềm nước sẽ xảy ra các phản ứng sau:

2RNa + Ca (HCO₃)₂ ↔R₂Ca + 2 NaHCO₃

2 RNa + Mg(HCO₃)₂ ↔ R₂Mg + 2 NaHCO₃

2RNa + CaCl₂ ↔ R₂Ca + 2NaCl

2 RNa + CA(HCO₃)₂ ↔ R₂Ca + 2NaHCO₃

2 RNa + CaSO4 ↔ R₂Ca + Na₂SO₄

2RNa + MgSO₄↔ R2Mg +   Na₂SO₄                                                                Phản ứng trao đổi là có thể đảo ngược.

Hạt cation axit mạnh loại bỏ các ion gây ra độ cứng nước là Ca²⁺, Mg²⁺ và thay thế chúng bằng ion Na⁺. Khi tất cả các ion Na⁺ đã bị thay thế bằng ion canxi và magie là lúc cần tiến hành tái sinh nhựa trao đổi ion axit mạnh bằng dung dịch muối tinh khiết.

Phản ứng điển hình của quá trình hoàn nguyên:

R₂Ca + 2 NaCl ↔ 2RNa + CaCl₂

Nhựa cation axit mạnh dùng trong hệ thống khử kiềm, khử khoáng nước

Khi sử dụng nhựa cation axit mạnh trong hệ thống khử kiềm, khử khoáng nước gốc ion di động gắn lên bề mặt hạt là ion H+, nước chảy qua các lớp nhựa tất cả cation của các muối hòa tan trong nước sẽ bị hấp thụ lên bề mặt cation và nhựa cation sẽ nhả vào nước một lượng tương đương cation hydro, các muối hòa tan trong nước sẽ biến thành các axit tương ứng:

2 RH + Ca(HCO₃)₂ ↔ R₂Ca + 2 H₂CO₃

2 RH + CaCl₂ ↔ R₂Ca + 2 HCl

R RH + MgSO₄ ↔ R₂Mg + H₂SO₄

2 RH +NaCl ↔ RNa + HCl

2 RH + Na₂SO₄ ↔ 2 RNa + H₂SO₄

Khi các ion H⁺ cạn kiệt là lúc cần phải tái sinh hạt nhựa trao đổi ion axit mạnh bằng dung dịch HCl.

Các sản phẩm hạt nhựa trao đổi ion cation axit mạnh công ty Tân Bình cung cấp hiện nay là:

+ Nhựa cation hãng DOW – Sản xuất tại Ý

+ Nhựa cation Purolite C100E, nhựa Purolite C100H ( gốc H⁺)

+ Nhựa Akualite C107E

Bạn tham khảo thêm một số loại vật liệu lọc nước mà công ty Tân Bính chúng tôi cung cấp:

+ Hạt Trao Đổi Ion Jacobi

+ Hạt Birm

+ Đá thạch anh, mangan