Cơ chế hoạt động của hạt nhựa trao đổi ion

Như đã đề cập ở bài trước hạt nhựa trao đổi ion cấu tạo bởi một khung mang thường là polymer mạch carbon, trên đó có gắn một nhóm chức cố định và ion linh động làm nhiệm vụ trao đổi.

VD: R-SO3-H, R-SO3-Na

Do ion Ca2+ có ái lực mạnh nên đẩy Na+ ra và kết hợp với nhóm chức

Đối với Cationit Acid mạnh:

2R-SO3H +Ca2+ - > (R-SO3)2Ca+2H+

2R-SO3Na +Ca2+ - > (R-SO3)2Ca+2Na+

Đối với Cationit Acid mạnh:

2R-COONa +Ca2+ - > (R-COO)2Ca+2Na+

Tái sinh hạt nhựa:

Đối với nhựa R-Na, R-Cl: tái sinh bằng NaCl

Đối với nhựa R-OH: tái sinh bằng NaOH (phục hồi anionit bằng dung dịch kiềm 2-6%, khi đó chúng chuyển sang dạng OH-

Đối với nhựa R-H: tái sinh bằng H2SO4 (phục hồi cationit bằng dung dịch acid 2-8%, khi đó chúng chuyển sang dạng H+)

Cationit acid mạnh:

(R-SO3)2Ca +H+ - > 2R-SO3H+Ca2+

(R-SO3)2Ca +Na+ - > 2R-SO3Na+Ca2+

Cationit acid yếu

(R-COO)2Ca +Na+ - > 2R-COONa+Ca2+

Cơ chế trao đổi ion

- Sự khuếch tán của các ion từ pha lỏng đến bề mặt pha rắn (ion Ca2+, Mg2+ được khuếch tán lên bề mặt hạt nhựa)

- Khuếch tán các ion trong chất rắn đến bề mặt trao đổi (Na+, H+)

- Diễn ra sự trao đổi các ion

- Sự khuếch tán của các ion bị thay thế ra ngoài dung dịch

- Sự khuếch tán của các ion được thay thế từ bề mặt hạt rắn vào pha rắn

Các yếu tố ảnh hưởng:

- Ái lực riêng phần của nhóm chức trong nhựa và ion trao đổi

- Sự hiện diện của các cation hay anion khác có trong nước gây ra tính cạnh tranh khi trao đổi

- Nhiệt độ làm việc

- Kích thước hạt nhỏ

- Dung lượng trao đổi

- Tính chất lý hóa ionit

- Thời gian tiếp xúc

Quá trình tái sinh:

- Rửa ngược: dùng dòng nước rửa ngược mãnh liệt trong khoảng thời gian từ 5 – 20ph

- Tái sinh: có thể tái sinh thuận dòng hay ngược dòng. Dùng dòng hóa chất có nồng độ từ 2 – 8% ngâm hạt nhựa trong 15 – 30ph, sau bơm dung dịch thêm từ 15 – 30ph

- Rửa xuôi: dùng nước rửa xuôi mãnh liệt từ 5 – 15ph để làm sạch chất tái sinh còn lại trên nhựa, đồng thời ổn định trật tự lớp nhựa.

Yêu cầu cơ bản của một loại nhựa tiêu biểu: nhựa trao đổi ion Ấn Độ

- Độ đục < 2NTU

- Sắt tổng (Fe2+) <0.5mg/l

- Hàm lượng Clo dư=0mg/l

- Chất hữu cơ<2mg/l