Resinas de intercambio iónico Son pequeños gránulos esféricos translúcidos. El color de los gránulos de resina generalmente depende de la composición de la resina: por ejemplo, las resinas de intercambio catiónico fuertemente ácidas tienen un color amarillo brillante o marrón, mientras que las resinas de intercambio aniónico débilmente básicas son gránulos blancos y opacos. La principal aplicación de las resinas de intercambio iónico es. Eliminación de durezas en plantas de tratamiento de agua para empresas de centrales eléctricas. El intercambio iónico se basa en la eliminación de iones del agua que pasa a través de una capa de resina, que reemplazan el catión sodio, los protones o los grupos hidroxilo ubicados en los grupos activos de la resina.
Las resinas se diferencian tanto por su principio de acción (intercambio catiónico, intercambio aniónico) como por su estructura (gel, macroporosa). La elección de una resina particular para un proceso particular está determinada por la naturaleza de la impureza eliminada del agua.
Clasificación de resinas de intercambio iónico.
1. Por composición. Hay intercambiadores aniónicos e intercambiadores catiónicos. Como sugiere su nombre, los intercambiadores catiónicos tienen un grupo funcional catiónico y los intercambiadores aniónicos tienen uno aniónico. En consecuencia, los intercambiadores de cationes intercambian (y extraen del agua) cationes y los intercambiadores de aniones intercambian aniones.
2. Por tipo y fuerza de los grupos funcionales y grado Las resinas se dividen en:
Resinas de intercambio catiónico de ácido fuerte: utilizadas para ablandar el agua y desalinizarla.
Resinas de intercambio catiónico de ácido débil: se utilizan para eliminar la dureza temporal, así como la alta alcalinidad del agua.
Las resinas de intercambio aniónico básico fuerte se utilizan principalmente para desalar agua con un contenido muy alto de sal y silicio, lo que se debe al alto tipo de intercambio de los intercambiadores aniónicos básicos fuertes. Este método es superior en velocidad y consumo de energía a la ósmosis inversa.
Las resinas de intercambio aniónico básicas débiles se utilizan con mayor frecuencia para desalar compuestos orgánicos, incluidos sacarosa, suero, glucosa y otros.
Los afólitos tienen varios tipos de grupos funcionales (aniónicos y catiónicos) en proporciones diferentes o iguales en una resina; se utilizan principalmente para desalar agua en un solo paso. La proporción de ciertos grupos funcionales está determinada por la proporción de iones eliminados en el agua de origen.
3. Según la estructura de los gránulos.: poliestireno, gel y macroporosos. También son posibles estructuras mixtas como poliestireno-gel y poliestireno-macroporoso. Se puede utilizar para purificar el agua de la cal.
Las resinas tipo gel, al entrar en contacto con el agua, se hinchan más que otras, momento en el que su volumen aumenta entre una vez y media y dos veces. El intercambio iónico en las resinas tipo gel se produce con bastante rapidez, pero en velocidad estas resinas son definitivamente inferiores a las resinas con una estructura macroporosa que, a diferencia de las resinas en gel, no se hinchan tanto.
4. Según el ion intercambiado en su forma original.: sodio, hidrógeno, etc. Muy a menudo, en la forma original de la resina, los cationes intercambiados son sodio o protones para la resina de intercambio catiónico, y cloro o grupo hidroxilo en los intercambiadores aniónicos.
5. Según el grado de uniformidad del tamaño de los gránulos. Los hay monodispersos (la mayoría de los gránulos tienen el mismo tamaño) y polidispersos (el tamaño de los gránulos se distribuye en un amplio rango).
Para regenerar resinas de intercambio iónico se utilizan: sal de regeneración (para resinas en forma de sodio), ácido (para resinas en forma H), solución de hidróxido de sodio (para resinas en forma OH).
En este artículo veremos por qué y cómo utilizar resinas de intercambio iónico para ablandar el agua. Puedes comprar resinas de intercambio iónico en nuestra web, simplemente sigue el enlace. Se han desarrollado teóricamente y se han utilizado en la práctica los siguientes métodos de ablandamiento:
*método térmico. (ebullición, destilación o congelación-descongelación)
* reactivo. (Los iones de calcio (II) y magnesio (II) se desactivan y se unen mediante diversos reactivos químicos en un precipitado poco soluble
* intercambio iónico. (filtración de soluciones acuosas a través de materiales de intercambio iónico, en los que los iones Na (I) o H (I) en el intercambiador de iones (intercambiador de cationes, intercambiador de aniones o sulfonato de carbono) se reemplazan con iones de una solución acuosa de calcio (Ca II) y magnesio (Mg II)
* combinación de diferentes métodos.
La elección del método de descalcificación está determinada por la calidad del agua, el grado de purificación especificado, el potencial técnico de la instalación y el estudio de viabilidad para la elección del método de tratamiento del agua.
Se revisó la historia del descubrimiento y desarrollo del método de intercambio iónico.
Las resinas de intercambio iónico normalizan la dureza del agua.
Inmediatamente debemos decidir qué parámetro del agua en la teoría del tratamiento del agua en este caso nos interesa principalmente. Obviamente esto es DUREZA DEL AGUA. La dureza del agua como parámetro, además de otros como el color y la normalidad. Aquí entenderemos por dureza el número de miligramos equivalentes de iones calcio Ca2+ o magnesio Mg2+ contenidos en 1 litro de agua.
¿Cómo determinar si el agua es dura o blanda sin números abstractos? Digámoslo de esta manera: una unidad de dureza - 1 mg/eq/l equivale a 20,03 mg de calcio Ca2+ o 12,15 mg de magnesio Mg2+. Ahora se puede medir y calcular el contenido cuantitativo de sales de dureza en mg en una solución acuosa. Según contenido cuantitativo, según dureza, dividimos:
* agua muy blanda(0–1,5 mg/eq/l)
* agua blanda (1,5–3 mg/eq/l)
* agua con dureza media(3-6 mg/eq/l)
* duro (6–9 mg/eq/l)
* muy duro (más de 9 mg/eq/l).
Esta última ni siquiera es agua, sino salmuera. Tiene las mejores propiedades organolépticas con indicadores de dureza de 1,65 a 2,90 mg/eq/l, pero los requisitos de SanPiN 2.1.4.1116–02 regulan la dureza como completa y fisiológica con indicadores de 1,6 a 6,9 mg/eq/l. Aquí debemos dejar de especular que cuanto más blanda es el agua, más beneficiosa es para el cuerpo. Para nada así. Si utiliza exclusivamente agua desmineralizada, por ejemplo, obtenida con la ayuda de, puede desarrollar problemas de salud irreparables, esto se debe a una deficiencia de magnesio y calcio.
Sin embargo, con una mineralización significativa (dureza a partir de 4,5 mg/eq/l), el agua comienza a causar daños no al cuerpo humano, sino a su entorno, de una forma u otra relacionado con el suministro de agua. Escala en una tetera, plancha, lavadora, dispositivos para calentar agua: esta es una lista incompleta de dispositivos susceptibles a los efectos nocivos de las sales duras en el suministro de agua.
El ablandamiento normal, al que están destinados la gran mayoría de estos sistemas de tratamiento de agua, es la normalización de la dureza al nivel de 1,0 a 1,6 mg/eq/l. Bueno, ¿qué pasa con el agua extremadamente blanda, con un valor inferior a 0,5 mg/eq/l? Los científicos británicos han demostrado que dicha agua es activa y capaz de eliminar los depósitos en las tuberías de los sistemas de suministro de agua, aunque esto puede provocar la aparición de un color y un olor desagradables en el agua.
El principio del ablandamiento del agua con resinas de intercambio iónico.
El ablandamiento o desmineralización del agua mediante materiales de intercambio iónico se basa en el intercambio iónico. El principio es la capacidad de los rellenos de intercambio iónico para filtros (intercambiadores de cationes y aniónicos) para capturar iones del agua a cambio de la cantidad correspondiente de iones de intercambiadores de cationes o aniones. Una resina de intercambio iónico, ya sea un intercambiador de cationes o un intercambiador de aniones, se caracteriza por su capacidad de intercambio. Este se caracteriza por una cierta cantidad de iones positivos o negativos que el intercambiador de iones puede intercambiar con la solución acuosa en el ciclo de filtrado. La capacidad de intercambio de los intercambiadores de iones se mide en equivalentes gramos de iones retenidos por 1 metro cúbico. La ionita está hinchada después de remojarla en agua. En este estado, el intercambiador de iones se vierte en el filtro. Vale la pena distinguir entre la capacidad de intercambio total y de trabajo de la resina de intercambio iónico.
La capacidad total de intercambio es la cantidad de iones de dureza que se pueden retener en 1 metro cúbico. metro de resina de intercambio iónico, que se encuentra en estado de funcionamiento hinchado, hasta el momento en que se compara la dureza del agua filtrada (saliente) con la dureza del agua que ingresa al filtro. La capacidad de intercambio de trabajo de los intercambiadores de iones es la cantidad de iones de dureza que retiene 1 metro cúbico. metro de resina de intercambio iónico hasta el momento de la “ruptura” de los iones de sal de dureza en el agua filtrada. La capacidad de intercambio relacionada con el volumen total del intercambiador de iones en el filtro suele denominarse capacidad de absorción.
Se vierte una resina de intercambio iónico en el volumen del filtro. Esto es o. La diferencia entre estas resinas radica en el “signo” de los iones intercambiados durante el tratamiento del agua. El intercambiador de cationes intercambia iones positivos. El intercambiador de aniones intercambia iones negativos. Debido a una disminución temporal en la capacidad de intercambio de trabajo del intercambiador de iones, se somete a un proceso de regeneración. Esto se puede comparar con la batería de un teléfono. Cuando la carga disminuye, es necesario recargarla. Esta recarga de la resina de intercambio iónico se llama regeneración. Pero esto no sucede desde una toma de corriente, sino con la ayuda de soluciones de sales o ácidos, que devuelven los intercambiadores de iones a su estado original. La restauración de la capacidad de intercambio del intercambiador de cationes generalmente se produce haciendo pasar una solución de cloruro de sodio al 8% a través de la capa filtrante.
Pero la capacidad de la batería no es infinita. El intercambiador de iones también está diseñado para un cierto número de ciclos de regeneración. Después de esto, se debe reemplazar la resina de intercambio iónico en el filtro y comenzar nuevamente el proceso de tratamiento y regeneración del agua.
*** Siempre puedes comprar resinas de intercambio iónico para ablandar el agua.
Fig. Comparación del PDOE dinámico total y la capacidad de intercambio dinámico del DOE. El área sombreada A corresponde al DOE, y toda el área encima de la curva, teniendo en cuenta la fuga de sal, corresponde al PDOE
Selectividad
Se entiende por selectividad la capacidad de absorber selectivamente iones de soluciones de composición compleja. La selectividad está determinada por el tipo de grupos ionógenos, el número de enlaces cruzados de la matriz del intercambiador de iones, el tamaño de los poros y la composición de la solución. Para la mayoría de los intercambiadores de iones, la selectividad es baja, pero se han desarrollado muestras especiales que tienen una alta capacidad para extraer ciertos iones.
Resistencia mecánica
Muestra la capacidad del intercambiador de iones para resistir tensiones mecánicas. Los intercambiadores de iones se prueban por abrasión en molinos especiales o por el peso de una carga que destruye una cierta cantidad de partículas. Todos los intercambiadores de iones de polimerización tienen alta resistencia. Para los de policondensación es significativamente menor. Aumentar el grado de reticulación del polímero aumenta su resistencia, pero empeora la tasa de intercambio iónico.
Estabilidad osmótica.
La mayor destrucción de las partículas del intercambiador de iones se produce cuando cambian las características del entorno en el que se encuentran. Dado que todos los intercambiadores de iones son geles estructurados, su volumen depende del contenido de sal, el pH del medio y la forma iónica del intercambiador de iones. Cuando estas características cambian, el volumen del grano cambia. Debido al efecto osmótico, el volumen de grano en soluciones concentradas es menor que en las diluidas. Sin embargo, este cambio no ocurre simultáneamente, sino a medida que las concentraciones de la “nueva” solución se nivelan en todo el volumen del grano. Por tanto, la capa exterior se contrae o expande más rápido que el núcleo de la partícula; Surgen grandes tensiones internas y la capa superior se rompe o todo el grano se parte. Este fenómeno se llama "shock osmótico". Cada intercambiador de iones es capaz de soportar un cierto número de ciclos de tales cambios en las características ambientales. Esto se llama fuerza osmótica o estabilidad.
El mayor cambio de volumen se produce en los intercambiadores de cationes débilmente ácidos. La presencia de macroporos en la estructura de los granos del intercambiador de iones aumenta su superficie de trabajo, acelera la hinchazón excesiva y permite que las capas individuales "respiren". Por lo tanto, los intercambiadores de cationes fuertemente ácidos con una estructura macroporosa son los más osmóticamente estables y los intercambiadores de cationes débilmente ácidos son los menos osmóticamente estables.
La estabilidad osmótica se define como el número de granos enteros dividido por su número inicial total, después de un tratamiento repetido (150 veces) de una muestra de intercambiador de iones alternativamente en una solución de ácido y álcali con lavado intermedio con agua desmineralizada.
Estabilidad química
Todos los intercambiadores de iones tienen cierta resistencia a soluciones de ácidos, álcalis y agentes oxidantes. Todos los intercambiadores de iones de polimerización tienen mayor resistencia química que los de policondensación. Los intercambiadores de cationes son más resistentes que los intercambiadores de aniones. Entre los intercambiadores aniónicos, los débilmente básicos son más resistentes a ácidos, álcalis y agentes oxidantes que los fuertemente básicos.
Estabilidad de temperatura
La estabilidad de la temperatura de los intercambiadores de cationes es mayor que la de los intercambiadores de aniones. Los intercambiadores de cationes de ácido débil funcionan a temperaturas de hasta 130 ° C, los de ácido fuerte como KU-2-8 - hasta 100-120 ° C, y la mayoría de los intercambiadores de aniones - no más de 60, máximo 80 ° C. En este caso , por regla general, los intercambiadores de iones en forma H u OH son menos estables que los de sal.
El uso de resinas de intercambio iónico en la actualidad es muy diverso. Pero la tarea más importante que la resina de intercambio iónico puede realizar perfectamente es el ablandamiento del agua. Por su capacidad suavizante, es imprescindible su uso en electrodomésticos que entran en contacto con el agua. Averigüemos por qué la resina de intercambio iónico es única y si es posible prescindir de ella.
resina de intercambio iónico
Entonces, hemos decidido que es necesaria una resina de intercambio iónico para ablandar el agua para las necesidades domésticas. Es decir, un humidificador, un filtro doméstico para purificar el agua, una lavadora, calderas de calefacción. La lista puede continuar, pero es importante comprender que el ablandamiento del agua es necesario cuando está sujeta a calentamiento, como resultado de lo cual se pueden formar incrustaciones que inutilizan los electrodomésticos, así como los filtros de flujo domésticos.
Los puntos principales que todos pueden encontrar:
La dureza del agua no sólo puede dañar sus electrodomésticos, sino también su salud.
Irritación, sequedad y picazón de la piel debido a la obstrucción de los poros de la piel con sales de ácidos grasos que, cuando el jabón reacciona con las sales de dureza del agua, son insolubles.
Fragilidad, sequedad del cabello y daño a su correcta estructura natural.
Irritación y sequedad del cuero cabelludo, lo que provoca caspa y sensaciones desagradables.
Alto consumo de detergentes (en promedio 3 veces mayor).
La presencia de placa en las tuberías del baño y la cocina.
Alto consumo de energía, ya que la presencia de incrustaciones en los elementos calefactores aumenta el consumo de energía de los dispositivos.
¿Qué es una resina de intercambio iónico?
resina de intercambio iónico– bolas de resina polimérica cuyo diámetro sea inferior a
cartucho de filtro de agua con resina de intercambio iónicomilímetro. Las bolas de resina tienen la capacidad de capturar iones de diversas sustancias del agua y adsorberlos en sí mismas, intercambiándolos por sus propios iones de resina. Por lo tanto, se produce el intercambio iónico y, en consecuencia, la resina es un intercambio iónico.
Hay otro nombre para la resina de intercambio iónico: intercambiador de iones. Es decir, es un compuesto insoluble de alto peso molecular que es capaz de entrar en reacciones de intercambio con iones de agua dura o contaminada. Los intercambiadores de iones tienen una base de gel y, por lo tanto, son capaces de realizar intercambio iónico solo en estado hinchado. También existen intercambiadores de iones macroporosos. Su diferencia significativa es que tienen poros en toda su superficie, lo que significa que el intercambio iónico es posible tanto en los hinchados como en los no hinchados. Los intercambiadores de iones en gel tienen una mayor capacidad de intercambio, mientras que los macroporosos son líderes en estabilidad osmótica, resistencia química y térmica.
Los intercambiadores de iones se utilizan en las industrias alimentaria, farmacéutica y médica. Como regla general, se producen mezclas preparadas de intercambiadores de iones para su uso en filtros (para humidificadores, filtros de agua tanto para beber como para fines especiales para electrodomésticos).
El principio de funcionamiento de las resinas de intercambio iónico.
El estado de funcionamiento de la resina de intercambio iónico se está hinchando. Durante la producción con resina.
resina de intercambio iónico para humidificadores Las bolas se secan al aire. Los tamaños de las bolas de resina pueden oscilar entre 0,5 mm y 4 mm. Al interactuar con el agua, las bolas se hinchan y se saturan de agua. La hinchazón de las bolas conduce, en consecuencia, a un aumento de su tamaño.
Cuando el agua pasa de arriba a abajo a través de una capa de resina de intercambio iónico, se ablanda. El proceso de paso del agua a través de la resina de intercambio iónico se produce en varias etapas. Esto se debe a la presencia de varias capas de resina: de trabajo, drenante y fresca. La capa de trabajo es en realidad la zona de ablandamiento. A continuación, agua.
filtro de matraz lleno de resina de intercambio iónico pasa a la siguiente capa, que se agota con el tiempo, perdiendo su capacidad de intercambio. Llegando a la última capa, una capa nueva. En todas las capas de resina de intercambio iónico por las que pasa el agua, ésta se ablanda. Pero al describir estas capas, queríamos llamar su atención sobre el hecho de que los cartuchos llenos de resina de intercambio iónico deben cambiarse periódicamente. Esto es necesario para que pueda obtener el máximo efecto del uso de filtros a base de resina de intercambio iónico. Se recomienda sustituir el cartucho al menos una vez cada 3-6 meses.
En resumen, podemos resumir lo dicho anteriormente. La resina de intercambio iónico es capaz de retener cualquier elemento químico y sus compuestos. Al purificar el agua con resina de intercambio iónico se eliminan las sales duras, concretamente el calcio y el magnesio, que tienden a formar incrustaciones en los elementos calentadores de agua. Esto significa que quitar la dureza del agua se llama ablandarla.
Como regla general, los filtros que contienen resina de intercambio iónico se instalan frente a los dispositivos de calentamiento de agua (caldera, géiser, calentador de agua instantáneo, calderas, etc.). También se utiliza en sistemas de purificación de agua domésticos. Es posible instalar un filtro con resina para toda la casa en combinación con filtros mecánicos de carbón. Normalmente se utiliza un sistema de filtro de matraz de dos o tres etapas instalado en serie.
Las resinas de intercambio iónico no son sustancias tóxicas, explosivas o inflamables. Las resinas de intercambio iónico son seguras y, por tanto, no pueden dañar la salud humana.
" artículo Métodos de ablandamiento del agua.. Donde describiremos los principales métodos existentes y cómo se puede hacer agua blanda a partir de agua dura. También veremos más de cerca uno de ellos, el más común y confiable.
Los métodos para ablandar el agua se pueden dividir en tres grandes grupos:
- métodos químicos.
- físico.
- psíquico.
Antes de pasar a describir los métodos, primero definamos los términos. Es decir, con el término " ablandamiento de agua"Anteriormente, en el artículo "Agua dura" abordamos el tema de la dureza del agua y las razones que la causan, así como las consecuencias del uso de agua dura. En consecuencia, existen varias definiciones del término "ablandamiento del agua", según en la etapa en la que se produce el impacto:
- en la etapa de combatir las causas de la dureza del agua o
- en la etapa de combatir las consecuencias del uso de agua dura.
Está claro que la etapa de influir en la causa de la dureza del agua también combatirá las consecuencias del agua dura. Pero no al revés. En consecuencia, ahora podemos pasar a los métodos de ablandamiento del agua. Hablaremos de los métodos de reactivos químicos para ablandar el agua en otro artículo, pero ahora hablemos de intercambio iónico.
El método químico para tratar el agua dura se basa en el intercambio. El intercambio es gestionado por ion- intercambio resina. Las resinas de intercambio iónico son moléculas largas ensambladas en bolas amarillentas translúcidas.
De estas moléculas sobresalen numerosas ramas (muy, muy pequeñas), a las que se unen partículas de sal. Sal de mesa común (iones de sodio). Un ion de sodio por brote.
Durante el proceso de ablandamiento, el agua pasa a través de la resina, saturándola por completo. Las sales de dureza reemplazan el sodio unido a la resina. Es decir, se produce un intercambio: el sodio se libera y fluye más, y las sales de dureza permanecen asociadas con la resina. Además, es importante saber que de la resina se eliminan el doble de sales de las que se depositan, lo que se debe a la diferencia en las cargas de los iones.
En consecuencia, tarde o temprano (dependiendo de la capacidad de la resina, la cantidad de agua purificada y la cantidad de sales de dureza) todas las sales de sodio de la resina se reemplazan por sales de dureza. Y después de eso, la resina deja de funcionar, ya que ya no hay nada que intercambiar.
Cada resina tiene su propio límite que puede alcanzar antes de dejar de funcionar. Después de lo cual hay dos opciones posibles para manipular la resina, que dependen de la forma en que haya utilizado esta resina. Entonces, hay dos opciones en las que funciona la resina de intercambio iónico.
La primera opción es un cartucho simple, que se encuentra en un estuche estándar, como for o for. Ejemplo de cartucho de resina de intercambio iónico:
Otra opción es la resina, que se vierte en un recipiente grande (o no muy grande, según la imaginación de los ingenieros). Dado que el cilindro suele ser similar a una columna (en proporciones), se le llama "columna de intercambio iónico". También se le llama “suavizante”, “intercambiador de iones”. Ejemplo de columna de intercambio iónico:
Las diferencias entre estas dos opciones son la cantidad de resina de intercambio iónico:
- El cartucho de resina de intercambio iónico sólo es adecuado para beber agua y cocinar ocasionalmente con ella.
- Una columna de intercambio iónico está diseñada para purificar el agua de un apartamento, casa o instalación de producción completa.
La segunda opción, además del mayor precio de compra, tiene un matiz: requiere costes constantes para la compra de sal, que restablece la capacidad de filtración de la resina. Aquí volvemos a las posibilidades de lo que se puede hacer con la resina de intercambio iónico cuando deja de funcionar. Entonces, la opción con el cartucho es tirarlo. Aunque en ocasiones hay gente que le aplica la segunda opción, como si fuera una columna de intercambio iónico.
La columna de intercambio iónico siempre tiene un compañero: un tanque de salmuera.
En este tanque, la sal especial en tabletas se disuelve y forma una salmuera.
Periódicamente (dependiendo del tipo de control utilizado y de los parámetros del agua), una solución salina fluye a través de la resina, elimina las sales de dureza y las reemplaza con la sal original. Después del lavado, la resina recupera su capacidad de intercambio iónico.
La resina de intercambio iónico también puede eliminar el hierro en pequeñas cantidades. El hierro férrico deteriora la resina de intercambio iónico, la resina se obstruye irreversiblemente y es necesario reemplazarla. Así que tenga cuidado y haga una prueba de agua a tiempo.
¿Qué filtro es mejor comprar? ¿Cuál te gusta más? Y, por supuesto, el que más te permita conseguir tus objetivos (como comentamos en el artículo “Elegir un filtro de agua: ¿cuánto gastar?”).
También se deben tener en cuenta las características asociadas con el tamaño de los costos operativos del uso de un filtro de intercambio iónico. Si, por diferente Se requieren instalaciones descalcificadoras de agua. diferentes cantidades de sal para el mismo desempeño. Y necesitas asegurarte de que los costos de sal eran mínimos. Otro indicador es la cantidad de agua que se descarga al alcantarillado durante el lavado. Cuanta más agua se desperdicia, más caro resulta el mantenimiento. A modo orientativo, el consumo mínimo de sal que he encontrado, con una productividad de 1,5 m3/hora, fue de 1,14 kg de sal por regeneración.
El intercambio iónico es un método de ablandamiento del agua que afecta la causa de la dureza del agua, haciéndola blanda.
Consideraremos otros métodos para ablandar el agua más adelante.
