Hạt nhựa trao đổi ion ứng dụng và cách hoạt động

Hạt nhựa trao đổi ion là cụm từ không quá xa lạ đối với mỗi người. Nhưng ít người trong chúng ta biết về cách thức hoạt động thực sự của công nghệ này. Vậy hạt nhựa trao đổi ion là gì? ứng dụng và cách hoạt động của chúng như thế nào? Bài viết dưới đây sẽ nêu rõ các thông tin cần thiết về loại hạt nhựa đặc biệt này cùng Tổng Kho Hóa Chất tìm hiểu ngay nhé!

Hạt nhựa trao đổi ion là gì?

Hạt nhựa trao đổi Ion là vật liệu cao phân tử tự nhiên hoặc tổng hợp không dễ hòa tan trong hầu hết các dung dịch và có đặc tính ion do sự hiện diện của các nhóm ion. Các ion như vậy dễ dàng trao đổi với các ion có trong dung dịch tiếp xúc với chúng. Đặc tính như vậy của nhựa trao đổi ion đã được đưa vào sử dụng hiệu quả chủ yếu trong xử lý nước uống bên cạnh các quy trình thanh lọc công nghiệp và phòng thí nghiệm khác.

Trao đổi ion là một phản ứng hóa học thuận nghịch trong đó các ion hòa tan bị loại bỏ khỏi dung dịch và được thay thế bằng các ion khác có cùng điện tích hoặc tương tự. Bản thân nó không phải là một chất phản ứng hóa học thay vào đó là một môi trường vật lý tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng trao đổi ion.

Bản thân nhựa được cấu tạo từ các polyme hữu cơ tạo thành một mạng lưới các hydrocacbon. Xuyên suốt ma trận polyme là các vị trí trao đổi ion, nơi được gọi là “nhóm chức” của ion tích điện dương (cation) hoặc ion mang điện tích âm (anion) được gắn vào mạng polyme. Các nhóm chức này dễ dàng thu hút các ion có điện tích trái dấu.

Các loại hạt nhựa trao đổi ion

Hạt nhựa trao đổi ion được hình thành bằng cách liên kết chéo các chuỗi Hydrocacbon với nhau trong một quá trình được gọi là quá trình trùng hợp. Liên kết ngang mang lại cho Polyme nhựa một cấu trúc bền hơn, đàn hồi hơn và khả năng chứa lớn hơn (theo thể tích).

Trong khi thành phần hóa học của hầu hết các loại nhựa ion là Polystyrene, một số loại được sản xuất từ ​​acrylic (acrylonitrile hoặc methyl acrylate). Polyme nhựa sau đó trải qua một hoặc nhiều xử lý hóa học để liên kết các nhóm chức năng với các vị trí trao đổi ion nằm trong toàn bộ chất nền. Các nhóm chức năng này là những gì cung cấp cho nhựa ion khả năng phân tách của nó và sẽ thay đổi đáng kể từ loại nhựa này sang loại nhựa tiếp theo. Các loại hạt nhựa trao đổi ion bao gồm:

Nhựa trao đổi cation axit mạnh (SAC)

Hạt nhựa trao đổi cation axit mạnh bị ion hóa cao do sự hiện diện của nhóm axit sulphonic dễ dàng loại bỏ muối kim loại. Ở dạng natri, các loại nhựa như vậy dễ dàng loại bỏ độ cứng của nước uống do sự hiện diện của muối canxi và magiê trong khi ở dạng hydro, chúng có tác dụng loại bỏ tất cả các ion có trong nước. Khả năng trao đổi của các loại nhựa này không phụ thuộc vào pH của dung dịch. Nhựa có thể được tái sinh bằng cách tiếp xúc với dung dịch axit mạnh.

Hạt nhựa SAC được cấu tạo từ chất nền polystyren với nhóm chức sulphonat (SO₃^–) được tích điện với các ion natri (Na²⁺) cho các ứng dụng làm mềm hoặc các ion hydro (H⁺) để khử khoáng.

Nhựa trao đổi cation axit yếu (WAC)

Trong hạt nhựa trao đổi cation axit yếu, nhóm có thể ion hóa là nhóm axit cacboxylic. Ngược lại với các chất trao đổi axit mạnh, mức độ phân ly của chất trao đổi cation bị ảnh hưởng mạnh bởi pH của dung dịch và có hoạt tính hạn chế trong các dung dịch axit dưới pH 6,0.

Hạt nhựa WAC được cấu tạo từ một polyme acrylic đã được thủy phân bằng axit sunfuric hoặc xút để tạo ra các nhóm chức axit cacboxylic. Do có ái lực cao với các ion hydro (H ⁺ ), nhựa WAC thường được sử dụng để loại bỏ chọn lọc các cation liên quan đến độ kiềm.

Nhựa trao đổi anion bazơ mạnh (SBA)

Nhựa trao đổi anion bazơ mạnh có tính ion hóa cao và có thể được sử dụng trên toàn bộ phạm vi pH. Các loại nhựa như vậy có anion amoni bậc bốn hoặc hydroxyl cơ bản mạnh. Những chất này rất hữu ích để giảm độ axit của nước. Có thể tái sinh thành dạng hydroxyl ban đầu bằng cách xử lý nhựa đã hết bằng dung dịch natri hydroxit.

Hạt nhựa SBA thường được cấu tạo từ chất nền polystyrene đã trải qua quá trình clo hóa và amin hóa để cố định anion vào các vị trí trao đổi. Nhựa SBA loại 1 được sản xuất bằng cách ứng dụng trimetylamin, tạo ra ion clorua (Cl^–), trong khi nhựa. SBA loại 2 được sản xuất bằng cách ứng dụng đimetyletanolamin, tạo ra ion hydroxit (OH^–).

Nhựa trao đổi anion bazơ yếu (WBA)

Khả năng trao đổi anion của nhựa bazơ yếu bị ảnh hưởng bởi độ pH của dung dịch. Các nhóm trao đổi điển hình là các amin giúp loại bỏ các anion như clorua, sunfat, nitrat, v.v. Tái sinh có thể được thực hiện bằng cách trung hòa axit với các dung dịch cơ bản như amoniac hoặc natri cacbonat.

Có thể thấy rằng nhựa trao đổi ion có nhiều đặc tính đa dạng có thể được sử dụng trong một số ứng dụng nhưng đồng thời khả năng trao đổi có xu hướng giảm khi tiếp tục sử dụng do một số yếu tố sẽ được đề cập trong một bài viết tiếp theo.

Nhựa WBA thường được cấu tạo từ chất nền polystyrene đã trải qua quá trình clome hóa, tiếp theo là sự kết hợp với dimetylamin. Nhựa WBA đặc biệt ở chỗ chúng không có các ion có thể trao đổi, và do đó được sử dụng làm chất hấp thụ axit để loại bỏ các anion liên kết với axit khoáng mạnh.

Ứng dụng của của hạt nhựa trao đổi ion

Nhựa trao đổi ion cung cấp một lựa chọn thuận tiện và chi phí thấp để làm sạch, cô lập và khử nhiễm các dung dịch chứa các loại ion. Ngoài chi phí thấp hơn, các quá trình trao đổi ion có thể thuận nghịch trong tự nhiên và nhựa trao đổi có thể được tái sinh bằng cách xử lý đơn giản với dung dịch có chứa dư thừa các ion bị dịch chuyển.

Các ứng dụng điển hình trong phòng thí nghiệm bao gồm tách axit hữu cơ và các phân tử sinh học như peptit và protein. Tuy nhiên, có một số ứng dụng công nghiệp khác nhau, từ xử lý nước, quy trình lọc trong công nghiệp luyện kim, dược phẩm, thực phẩm và đồ uống, hạt nhân và công nghiệp bán dẫn.

Làm mềm nước

Xử lý nước là ứng dụng phổ biến nhất của nhựa trao đổi ion. Nước cứng bao gồm lượng dư muối Canxi và Magie và nhựa chứa các ion natri tại các vị trí hoạt động được sử dụng để thay thế các ion canxi và magie đó. Sau khi làm mềm nhựa được tái sinh bằng dung dịch giàu ion natri như natri clorua. Các ion natri quay trở lại các vị trí hoạt động trên nhựa và có thể được tái sử dụng để làm mềm thêm.

Lọc nước

Trong quá trình này, nhựa trao đổi ion được sử dụng để loại bỏ các kim loại nặng độc hại như chì và cadmium khỏi dung dịch. Nhựa hỗn hợp có chu kỳ tái sinh không liên tục có thể được sử dụng để khử khoáng các tạp chất cation và anion.

Làm sạch kim loại

Các chất trao đổi ion được sử dụng thường xuyên để tinh chế các nguyên tố như uranium từ plutonium. Trong nhiều năm, trao đổi ion đã được sử dụng thường xuyên nhưng chiết xuất bằng dung môi cũng đã góp phần quan trọng trong việc tách nhóm nguyên tố lantan và actinide. Trao đổi ion cũng tìm thấy một ứng dụng quan trọng trong chế biến nhiên liệu hạt nhân và tái chế các chất thải phóng xạ.

Dược phẩm

Nhựa trao đổi ion được sử dụng để tinh chế kháng sinh từ nước dùng lên men, làm tá dược trong công thức để giải phóng có kiểm soát các thành phần hoạt tính và để che dấu mùi và vị độc hại của một số hợp chất thuốc.

Nước trái cây và đồ uống

Nhựa trao đổi ion có một số ứng dụng trong ngành trái cây và nước giải khát để cải thiện mùi vị và hương vị thông qua việc loại bỏ các thành phần không mong muốn. Các ứng dụng phổ biến bao gồm loại bỏ các kim loại vi lượng, mùi và vị khó chịu, khử màu và xử lý sơ cấp nước được sử dụng trong sản xuất nước trái cây và đồ uống.

Cách thức hoạt động của hạt nhựa trao đổi ion

Để hiểu đầy đủ về cách hoạt động của hạt nhựa trao đổi ion. Trước tiên điều quan trọng là phải hiểu các nguyên tắc của phản ứng trao đổi ion. Nói một cách đơn giản, trao đổi ion là sự trao đổi thuận nghịch giữa các hạt mang điện – hoặc ion – với những hạt mang điện tích tương tự. Điều này xảy ra khi các ion hiện diện trên nền nhựa ion không hòa tan hoán đổi vị trí hiệu quả với các ion có điện tích tương tự có trong dung dịch xung quanh.

Hạt nhựa trao đổi ion hoạt động theo cách này do các nhóm chức của nó. Về cơ bản là các ion cố định được liên kết vĩnh viễn trong ma trận polyme của nhựa. Các ion tích điện này sẽ dễ dàng liên kết với các ion có điện tích trái dấu, các ion này được phân phối thông qua việc áp dụng một dung dịch ngược dòng. Các phản ứng này sẽ tiếp tục liên kết với các nhóm chức năng cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng.

Trong chu kỳ, dung dịch được xử lý sẽ được thêm vào lớp nhựa ion và cho phép chảy qua các hạt. Khi dung dịch di chuyển qua các nhóm chức của nhựa thu hút bất kỳ phản ứng nào có trong dung dịch. Nếu các nhóm chức có ái lực với các nghịch tử mới hơn ái lực đã có, thì các ion trong dung dịch sẽ loại bỏ các ion hiện có và thế chỗ của chúng. Sau đó liên kết với các nhóm chức thông qua lực hút tĩnh điện chung. Nói chung, kích thước và / hoặc hóa trị của một ion càng lớn thì ái lực của nó càng lớn với các ion mang điện tích trái dấu.

Tổng Kết

Bài viết trên đây Tổng Kho Hóa Chất đã chia sẻ với bạn các thông tin cần thiết về hạt nhựa trao đổi ion. Hy vọng rằng với thông tin trên sẽ mang đến cho bạn những kiến thức hữu ích. Nếu bạn có nhu cầu mua hóa chất công nghiệp có thể liên hệ với Tổng Kho Hóa Chất – Chúng tôi là đơn vị cung cấp hóa chất với chất lượng hàng đầu và giá thành tốt nhất thị trường.

TỔNG KHO HÓA CHẤT VIỆT NAM

Địa chỉ:

– Hà Nội: Số 4, Nguyễn Chánh, Trung Hòa, Cầu Giấy, Hà Nội.

– Bắc Ninh: KCN Thuận Thành 3, Xã Thanh Khương, Huyện Thuận Thành, Tỉnh Bắc Ninh.

Hotline: 0911 481 823 hoặc 0975 488 380

Fanpage: Tổng Kho Hóa Chất

Tác giả: Admin