فهرست مطالب

تفاوت رزین کاتیونی و آنیونی

در این مقاله قصد داریم تا در مورد تفاورت رزین کاتیونی و آنیونی به صورت کامل صحبت نماییم. رزین‌های تبادل یونی که به رزین پرولایت نیز معروف هستند، به‌منظور حذف و یا کاهش املاح موجود در آب طراحی شده‌اند. یون‌های رسوب‌زا از قبیل کلسیم و منیزیم، فلزات سنگین مانند منگنز و آهن، یون‌هایی مانند نیترات، سولفات و کلراید یا حذف کل جامدات محلول در آب برای تولید آب دیونیزه توسط رزین‌های تبادل یونی جذب و حذف می‌شوند.

رزین‌های مبادله‌گر خود بر دو نوع آنیونی و کاتیونی تقسیم‌بندی می‌شوند. رزین‌های کاتیونی وظیفه حذف یون‌های رسوب‌زای منیزیم و کلسیم و رزین‌های آنیونی مسئولیت حذف نیترات، سولفات و کلراید را بر عهده دارند. هر کدام از این رزین‌های تبادلی خود بر دو نوع قوی و ضعیف بخش‌بندی می‌شوند.

تفاوت نوع کاتیونی با آنیونی در بار مثبت و منفی آنها است. رزین‌های کاتیونی یون‌های بار مثبت را به خود جذب می‎‌کنند. متقابلاً رزین‌های آنیونی یون‌های بار منفی را به دام می‌اندازند. بنابراین رزین‌ سختی گیر کاتیونی جهت نرم کردن آب سخت و محافظت از تجهیزات کاربرد دارد اما رزین‌های آنیونی در تولید آب‌های خالص، فوق خالص (آب دمین) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تفاوت دیگر در فرآیند بازیافت و مرتبط با ماده احیا کننده است. برای رزین‌های کاتیونی از محلول کلرید سدیم و برای رزین‎‌های آنیونی از سوزآور هایی مانند سود سوزآور و پتاس سوزآور استفاده می‌شود. در خواص فیزیکی و شیمیایی نیز تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند.

این تفاوت‌ها در مقدار یون‌هایی که رزین توانایی حذف آنها و میزان آبی که رزین توانمندی نگهداری از آن را در ساختار خود دارد نمود پیدا می‌کند. همچنین هر دو نوع آنیونی و کاتیونی در وزن مولکولی، دانسیته، میزان دمایی که تحمل می‌کنند و ظرفیت جذب یون در مقایسه با یکدیگر تفاوت دارند.

شباهت رزین کاتیونی و آنیونی

عملکرد رزین‌ آنیونی و کاتیونی برای حذف و یا کاستن از مقدار املاح و آلاینده‌های موجود در آب وجه اشتراک بین آنهاست. سایز بلورهای رزین‌های مبادله‌گر در انواع کاتیونی و آنیونی 0.5 میلی‌متر است. هر دو از طریق داد و ستد یونی املاحی که برای حذف آن طراحی شده‌اند را از آب خارج می‌کنند. از دیگر نکات اشتراک آنها، نیازمندی به عملیات بازسازی و احیا است.

هر دو پس از طی یک دوره 24 الی 48 ساعته به عارضه اشباع دچار می‌شوند و باید توسط محلول احیا کننده و عمل شستشو و شستشوی معکوس بازیافت شده و به چرخه مصرف بازگردند.

بطور کلی رزین‌های مبادله‌گر یونی کاتیونی و آنیونی برای حذف یون‌های نامقبول از آب و محلول‌ها در عملیات‌های مختلف از قبیل تصفیه آب توسط تجهیزات سختی گیر و دیونایزر، تصفیه پساب، جداسازی نیترات از منابع آبی آلوده، فرایندهای خالص‌سازی در صنایع دارویی و … بکار می‌روند. دیگر شباهت‌های آنها به ترتیب ذیل شرح داده شده است:

فرآیند مبادله یون توسط رزین‌های کاتیونی و آنیونی، فرآیندی برگشت‌پذیر است. یعنی تبادل یون در سیکل بهره‌برداری و سیکل بازسازی بصورت بالعکس اجرا می‌شود.
هر دو نوع آنیونی و کاتیونی در مصارف خانگی و واحدهای صنعتی و نیمه صنعتی کوچک و بزرگ قابل استفاده هستند.
هر دو رزین آنیونی و کاتیونی از لحاظ فیزیکی از مقاومت و پایداری خوبی برخوردارند و قابل بازسازی هستند.
جنس ساختاری هر دو نوع رزین از پلیمر است.
قابلیت انحلال‌پذیری در حلال‌های متعارف را ندارند.
از طریق متود پلیمریزاسیون تعلیقی و با دی وینیل بنزن و استایرن تولید می‌شوند.

تفاوت رزین‌های تبادل یونی پایه قوی و پایه ضعیف

در توصیف کلی رزین‌های مبادله یونی پایه قوی در محدوده گسترده‌ای از PH فعالیت می‌کنند. اما رزین‌های مبادله یونی پایه ضعیف در محدوده کوچکتری از PH در مقایسه با نوع قوی فعال هستند.

رزین‌های تبادلی پایه قوی شامل گروه‌های عاملی، در فرآیند تولید بسیار یونیزه شده هستند لذا امکان فعالیت در هر PH را دارند و به سهولت گروه H+ یا OH- خود را تعویض می‌کنند. متعاقباً رزین‌های مبادله یونی پایه ضعیف، مقداری یونیزه شده هستند. اما اگر رزین کاتیونی اسیدی پایه ضعیف در PH بالای 7 و یا رزین آنیونی بازی پایه ضعیف زیر 7 قرار گیرند شرایط متفاوت خواهد بود.

گروه‌های عاملی که در ساختار رزین‌های مبادله یونی وجود دارند به ترتیب زیر هستند:

رزین مبادله یونی کاتیونی اسیدی پایه قوی: گروه عاملی سولفونیک (R-SO^3H)
رزین مبادله یونی کاتیونی اسیدی پایه ضعیف: گروه عاملی کربوکسیل (R-COOH)
رزین مبادله یونی آنیونی بازی پایه قوی: گروه عاملی آمونیوم (R-R^3N+OH-)
رزین مبادله یونی آنیونی بازی پایه ضعیف: گروه عاملی آمین (R-NH^3OH)

مقایسه رزین‌های تبادل یونی آنیونی و کاتیونی

Strong Acidic Cation Resin یا رزین کاتیونی اسیدی پایه قوی

این رزین توانایی حذف کلیه کاتیون‌های موجود در آب و محلول را دارا می‌باشد. رزین کاتیونی سدیمی در صنعت تصفیه آب و فاضلاب بسیار پرمصرف و پراهمیت است و برای عمل سختی گیری با حذف یون‌های رسوب‌زای منیزیم و کلسیم طراحی شده است. این رزین‌ها در دو فرم وجود دارند.

از منظر ساختاری در دو فرم هیدروژنی که با فرمول شیمیایی R-SO^3H و فرم سدیمی با فرمول شیمیایی R-SO^3Na تولید می‌شوند. ظرفیت مبادله یونی آن‌ها وابسته به PH نیست. عملیات بازسازی برای فرم هیدروژنی توسط یک اسید قوی همانند اسید هیدروکلریک و برای فرم سدیمی توسط کلرید سدیم اجرا می‌شود.

Weak Acidic Cation Resin یا رزین کاتیونی اسیدی پایه ضعیف

این رزین‌ها توانایی جذب کاتیون‌های مرتبط با قلیاییت آب را دارا می‌باشند. در عین حال امکان حذف تمامی کاتیون‌های موجود در آب را ندارند. این رزین‌ها بر پایه اکرلیک و با فرم هیدروژنی و ساختار R-COOH موجود هستند. رزین‌های کاتیونی پایه ضعیف به همراه رزین‌های کاتیونی پایه قوی استفاده می‌شوند. لذا راندمان بالایی در عملیات حذف یون‌ها حاصل می‌شود.

Strong Base Anion Resin یا رزین آنیونی بازی پایه قوی

این رزین‌ها توانایی حذف همه آنیون‌های موجود در آب را دارا می‌باشند. در طول پروسه فعال‌سازی شیمیایی به دو بخش نوع (I) و نوع (II) بخش‌بندی می‌شوند. در گروه عاملی نوع (I) آمونیوم سه گروه متیل وجود دارد ولی در نوع (II) یکی از گروه‌ متیل‌ها با گروه اتانول تعویض شده است.

Weak Base Anion Resin یا رزین آنیونی بازی پایه ضعیف

این رزین‌ها توانایی حذف اسیدهای قوی از قبیل اسید سولفوریک، اسید کلریدریک و اسید نیتریک را دارا می‌باشند. در عین حال این رزین‌ها امکان حذف آنیون‌های مرتبط با اسیدهای معدنی را نیز دارند. اما در مقابل، توانمندی حذف آنیون‌های مرتبط با اسیدهای ضعیف همانند اسید کربنیک و اسید سیلیسیک را ندارند.

نکته مهم این است که این رزین‌ها قادر به حذف سیلیکا از آب نیستند. رزین‌های آنیونی پایه ضعیف پایدارتر از رزین آنیونی پایه قوی هستند بنابراین در سیستم‌های تصفیه آب بیشتر کاربرد دارند.

سوالات متداول تفاوت رزین کاتیونی و آنیونی

رزین حذف نیترات از چه نوعی است؟

رزین حذف نیترات یک رزین آنیونی بازی پایه قوی نوع (I) است. از سری رزین‌های پرولایت سری A520E برای حذف نیترات از آب عمل می‌کند.

رزین حذف آرسنیک از چه نوعی است؟

رزین حذف آرسنیک رزین آنیونی بازی پایه قوی نوع (II) است. از سری رزین‌های پرولایت سری A300E برای حذف آرسنیک و فلزات سنگین رادیواکتیو مانند اورانیوم عمل می‌کند.

رزین میکس بد از چه نوعی است؟

رزین‌های میکس بد یا مختلط برای تولید آب فوق خالص استفاده می‌شوند. این رزین‌ ترکیبی از رزین‌های اسیدی کاتیونی پایه قوی با فرم هیدروژنی و رزین‌های آنیونی بازی پایه قوی با فرم هیدروکسید است.

منابع خارجی استفاده شده در تهیه این مقاله:

1- https://www.waterprofessionals.com/learning-center/articles/anion-vs-cation/

2- https://samcotech.com/difference-cation-anion-exchange-resins/