TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG & BẢO HỘ LAO ĐỘNG Q Trình Cơng Nghệ Mơi Trường CHUYÊN ĐỀ Quá Trình Trao Đổi Ion GVHD: TS Phạm Anh Đức Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Huỳnh Thảo Uyên 91002262 Trần Quốc Việt 91202266 Hồng Văn Từ 91202259 Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 11 năm 2014 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION 1.1 Định nghĩa 1.2 Cơ Sở Phương Pháp Trao đổi ion 1.3.Vật liệu trao đổi ion .5 1.3.1 Vật liệu trao đổi ion tự nhiên 1.3.1.1.Sản phẩm hữu tự nhiên 1.3.1.2 Sản phẩm vô tự nhiên .8 1.3.2 Biến đổi tự nhiên trao đổi ion 1.3.3 Vật liệu trao đổi ion nhân tạo 1.3.3.1 Ion trao đổi hữu nhân tạo 1.3.3.2 Vật liệu trao đổi ion vô nhân tạo 14 1.4 Nhựa trao đổi ion 18 1.4.1 Về cấu tạo .19 1.4.2 Tính chất vật lý .20 1.4.3 Tính chất hố học 22 1.4.4 Phân loại 24 1.4.4.1 Trao đổi cation 25 1.4.4.2 Trao đổi anion 27 1.4.5 Điều kiện sử dụng nhựa trao đổi ion 30 CHƯƠNG 2: CƠ CHẾ TRAO ĐỔI ION 30 2.1 Thứ tự trao đổi số cation thông thường .32 2.2 Cơ chế 32 2.3 Cân trao đổi ion 36 2.4 Thiết kế cột trao đổi ion .37 CHƯƠNG 3: TÁI SINH 41 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG .41 4.1 Làm mềm nước cứng 45 4.2 Khử khoáng 49 4.3 Ứng dụng khác .53 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHÃO 57 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION 1.1 Định nghĩa Trao đổi ion phản ứng hóa học thuận nghịch có ion (một nguyên tử hay phân tử bị electron có điện tích) từ dung dịch trao đổi cho ion tích điện tương tự gắn liền với hạt rắn bất động Những hạt trao đổi ion vững tự nhiên zeolit vô hữu sản xuất nhựa tổng hợp Các loại nhựa tổng hợp hữu loại chủ yếu sử dụng ngày hơm đặc tính chúng thiết kế cho ứng dụng cụ thểtrong khơng có thay đổi vĩnh viễn cấu trúc chất rắn.Việc trao đổi phải có cấu trúc mạng mở, hữu vô cơ, mang theo ion cho phép ion qua Trao đổi ion sử dụng điều trị cung cấp phương pháp tách nhiều q trình Nó có ích đặc biệt tổng hợp hóa học, nghiên cứu y học, chế biến thực phẩm, khai khống, nơng nghiệp nhiều lĩnh vực khác Trao đổi ion chất không tan nước trao đổi số ion ion tích điện tương tự chứa mơi trường mà tiếp xúc; định nghĩa tất bao quát Đề cập đến "chất" hợp chất bao gồm nhiều trao đổi, số số sản phẩm tự nhiên mà khơng có thành phần xác định rõ Thuật ngữ "trung bình" thừa nhận trao đổi ion xảy hai dung dịch dung dịch nước nonaqueous, muối nóng chảy, chí tiếp xúc với Định nghĩa khơng giới hạn chất rắn, số dung môi hữu trộn lộn với nước tách ion từ dung dịch nước chế trao đổi ion Định nghĩa q trình trao đổi ion Về bao gồm tiếp xúc trao đổi môi trường, việc trao đổi diễn Đây thường trao đổi ion rắn dung dịch nước Thực tế ion trao đổi có nghĩa trao đổi phải ion hóa, số ion trao đổi hịa tan Đó ion trao đổi, người kia, khơng hịa tan, khơng làm Các tiện ích trao đổi ion thuộc khả sử dụng tái sử dụng vật liệu trao đổi ion Ví dụ, làm mềm nước: 2RNa+ + Ca2+ ↔ R2Ca2+ + 2na+ Trao đổi ion R dạng ion natri trao đổi canxi đó, để loại bỏ canxi từ nước cứng thay số lượng tương đương với natri Sau đó, nhựa canxi điều chỉnh dung dịch natri clorua, phục hồi trở lại mẫu natri, đó, sẵn sàng cho chu kỳ Các phản ứng tái sinh đảo ngược; trao đổi ion không thay đổi vĩnh viễn Hàng triệu lít nước làm mềm mét khối nhựa suốt thời gian hoạt động nhiều năm Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion thường sử dụng để khử muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrat, khử màu, khử kim loại ion kim loại nặng ion kim loại khác có nước Trong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion sử dụng để loại khỏi nước kim loại (kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thuỷ ngân, cadimi, vanadi, mangan,…), hợp chất asen, photpho, xianua chất phóng xạ Phương pháp cho phép thu hồi chất có giá trị với độ làm nước cao Trao đổi ion xảy loạt chất sử dụng sở cơng nghiệp từ khoảng năm 1910 với việc giới thiệu sử dụng làm mềm nước tự nhiên sau tổng hợp zeolit Than gỗ hoạt tính, phát triển để xử lý nước công nghiệp, nguyên liệu trao đổi ion ổn định mức pH thấp Sự đời nhựa trao đổi ion hữu tổng hợp vào năm 1935 kết tổng hợp sản phẩm ngưng tụ phenolic có chứa hai nhóm sulfonic amin sử dụng cho việc trao đổi đảo ngược cation anion • Ưu điểm: - Rất triệt để xử lí có chọn lựa đối tượng - Nhựa ion có thời gian sử dụng lâu dài, tái sinh nhiều lần với chi phí thấp, lượng tiêu tốn nhỏ - Phương pháp xử lý nước thân thiện với mơi trường hấp thu chất sẵn có nước • Hạn chế : - Nếu nước tồn hợp chất hữu hay ion Fe3+, chúng bám dính vào hạt nhựa ion, làm giảm khả trao đổi ion nhựa - Chi phí đầu tư vận hành cao nên sử dụng cho cơng trình lớn thường sử dụng cho trường hợp đòi hỏi xử lý cao • So sánh với hấp thụ: Trao đổi ion giống hấp thụ hai tượng bề mặt, hai trường hợp rắn chiếm chất hòa tan dung dịch Sự khác biệt đặc trưng hai tượng tượng cân hóa học trao đổi ion Mỗi ion loại bỏ khỏi ion dung dịch thay số lượng tương đương có hạt nhựa Trong hấp thụ mặt khác chất tan thường đưa lên bề mặt mà khơng có tượng thay 1.2 Cơ Sở Phương Pháp Trao đổi ion Là trình trao đổi ion dựa tương tác hoá học ion pha lỏng ion pha rắn Trao đổi ion q trình gồm phản ứng hố học đổi chỗ (phản ứng ) ion pha lỏng ion pha rắn (là nhựa trao đổi) Sự ưu tiên hấp thu nhựa trao đổi dành cho ion pha lỏng nhờ ion pha lỏng dễ dàng chổ ion có khung mang nhựa trao đổi Quá trình phụ thuộc vào loại nhựa trao đổi loại ion khác • Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion là: - Trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động , vận hành tái sinh liên tục ; - Trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên ,vận hành tái sinh gián đoạn Trong trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh phổ biến 1.3.Vật liệu trao đổi ion: Vật liệu trao đổi ion chất khơng hịa tan có chứa ion mà trao đổi với ion khác dung dịch tiếp xúc với Những trao đổi diễn mà khơng có thay đổi vật lý vật liệu trao đổi ion Trao đổi ion dung dịch acid base tạo muối khơng hịa tan, điều cho phép chúng trao đổi Ngoài cịn có ion mang điện tích dương (trao đổi cation) ion mang điện tích âm (trao đổi anion) trao đổi với ion dấu mơi trường lỏng Hình 1: a b ví dụ đặc trưng cho trao đổi ion Các phản ứng xem xét Vật liệu trao đổi cation có chứa nhóm điện tích âm sunfat, carboxylate, phosphate, benzoate, vv cố định vào trục vật chất cho phép thông qua cation từ chối anion, vật liệu trao đổi anion có chứa nhóm mang điện dương nhóm amino, alkyl phosphine , alkyl sulfua , vv cố định vào trục vật liệu cho phép thông qua anion từ chối cation Ngồi cịn có trao đổi lưỡng tính trao đổi cation anion lúc Tuy nhiên, việc trao đổi đồng thời cation anion thực hiệu cột hỗn hợp có chứa hỗn hợp anion nhựa trao đổi cation qua dung dịch xử lý thông qua vật liệu trao đổi ion khác Có cấp khác trao đổi ion gọi trao đổi ion chất tạo phức Nhiều ion chấp nhận cặp electron từ ligand thiết lập kết cộng hóa trị liên kết Tùy thuộc vào số liên kết điều phối, ligand gọi monodentate, bidentate, polydentate Tương tác phối hợp cụ thể Một ví dụ hợp chất phối hợp phối hợp ion kim loại với ethylene diamine tetra acetic acid (EDTA) Hình 2: Sự phối hợp ion kim loại với ethylene diamine tetra acetic acid (EDTA) Cấu trúc hữu nhóm chức thường có chứa nitơ, oxy, nguyên tử lưu huỳnh, yếu tố electron (Hình 3) Hình 3: Các nhóm chức chứa oxy cung cấp electron Nhiều chất tự nhiên protein, cellulose, tế bào sống hạt đất có đặc tính trao đổi ion đóng vai trị quan trọng trình tự nhiên Vật liệu trao đổi ion tổng hợp dựa vào than đá nhựa phenolic giới thiệu để sử dụng công nghiệp 1930 Một vài năm sau bao gồm nhựa polystyrene với nhóm sulphonate để tạo trao đổi cation nhóm amin để tạo thành trao đổi anion phát triển Hai loại nhựa nhựa thông dụng Sự đời nhựa trao đổi ion hữu tổng hợp vào năm 1935 kết tổng hợp sản phẩm ngưng tụ phenolic có chứa hai nhóm sulfonic amin sử dụng cho việc trao đổi đảo ngược cation anion Một loạt nhóm chức thêm vào ngưng tụ, bổ sung polyme sử dụng cấu trúc xương sống Độ xốp kích thước hạt kiểm soát điều kiện trùng hợp thống cơng nghệ sản xuất kích thước hạt Ổn định vật lý hóa học điều chỉnh cải thiện Theo kết tiến bộ, trao đổi vơ (khống sản, greensand zeolit) gần hoàn toàn thay loại nhựa ngoại trừ số ứng dụng phân tích chuyên ngành Tổng hợp Zeolit sử dụng sàng phân tử • Phân loại vật liệu trao đổi ion Hình 4: phân loại vật liệu trao đổi ion Gồm có loại : - Vật liệu trao đổi ion tự nhiên: vật liệu trao đổi ion hữu tự nhiên, vật liệu trao đổi ion vô tự nhiên - Vật liệu trao đổi ion biến đổi tự nhiên - Vật liệu trao đổi ion nhân tạo: vật liệu trao đổi ion hữu nhân tạo, vật liệu trao đổi ion vô nhân tạo 1.3.1 Vật liệu trao đổi ion tự nhiên 1.3.1.1.Sản phẩm hữu tự nhiên Một số vật liệu hữu tự nhiên có tính chất trao đổi ion trao cho cách xử lý hóa học đơn giản Tế bào thực vật động vật hoạt động trao đổi ion nhờ diện nhóm carboxyl protein lưỡng tính Những nhóm carboxyl, (-CO2H), nhóm phenolic, (-OH), yếu tính axit 10 Sau tái sinh, số dư nhỏ độ cứng nhựa Nếu nhựa cột ứ đọng nước, số độ cứng khuếch tán vào nước với số lượng lớn Vì vậy, thời điểm bắt đầu dòng chảy, nước thải nước từ chất làm mềm zeolite chứa độ cứng tái sinh Sau vài phút dòng chảy, độ cứng rửa từ chất làm mềm, nước xử lý mềm Hình 25: Quá trình làm mếm nước 57 Thời gian chu kỳ dịch vụ phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy làm mềm, mức độ cứng nước, lượng muối sử dụng để tái sinh Bảng 81 cho thấy ảnh hưởng mức độ regenerant vào khả làm mềm nhựa cation mạnh gelular Lưu ý lực tăng nhựa liều lượng tăng regenerant, mức tăng không tỷ lệ thuận Sự tái sinh hiệu cấp regenerant cao Do đó, chi phí hoạt động làm mềm tăng tăng mức regenerant Như thể liệu Bảng 1, tăng 150% muối regenerant cung cấp gia tăng 67% công suất hoạt động Bảng Ảnh hưởng độ mặn đến khả làm mềm nhựa cation acid mạnh: • Hoạt động làm mềm nước: Làm mềm natri zeolite hoạt động thông qua hai chu kỳ bản: chu kỳ trao đổi, làm nước mềm để sử dụng, chu kỳ tái sinh, giúp phục hồi khả trao đổi lúc nhựakiệt sức Trong chu kỳ trao đổi, nước chảy vào làm mềm thông qua hệ thống phân phối đầu vào chảy qua cột nhựa Các ion độ cứng khuếch tán vào nhựa trao đổi với ion natri, trở nước với số lượng lớn Nước mềm thu thập 58 hệ thống xả Lưu lượng nước phục vụ cho làm mềm nên thường xuyên tốt để ngăn chặn nước dâng đột ngột hoạt động thường xuyên Do yêu cầu nhựa thiết kế cột, hoạt động làm mềm hiệu tốc độ dòng chảy dịch vụ từ đến 12 gpm/ft² bề mặt nhựa Hầu hết thiết bị thiết kế để hoạt động phạm vi này, số thiết kế đặc biệt sử dụng cột nhựa sâu phép hoạt động 15-20 gpm / ft² Hoạt động liên tục giới hạn đề nghị nhà sản xuất dẫn tới nén chặt cột nhựa, độ cứng rò rỉ Hoạt động tốc độ dòng chảy đề nghị nhà sản xuất ảnh hưởng xấu đến hiệu suất làm mềm Với tốc độ dịng chảy thấp, nước phân bố khơng đầy đủ, tiếp xúc nhựa nước không đạt tối ưu Khi nhựa khơng cịn khả làm mềm, nhựa phải tái sinh Giám sát độ cứng nước thải cho biết nhựa hết khả trao đổi Khi độ cứng tăng lên, đơn vị sử dụng hết Thời điểm tái sinh nhựa làm mềm xác định trước kiệt sức, dựa khoảng thời gian định trước số gallon xử lý Hầu hết hệ thống làm mềm bao gồm nhiều chất làm mềm Điều đảm bảo dòng chảy liên tục nước mềm Trước nhựa làm mềm chờ trao đổi ion, đơn vị cần rửa để loại bỏ độ cứng trước tiếp xúc vào nước suốt thời gian trao đổi • Ứng dụng thuận lợi Chất tích tụ nồi hình thành lớp cặn không tan tạo nhu cầu lớn nước làm mềm Bởi chất làm mềm natri zeolite đáp ứng nhu cầu kinh tế, chúng sử dụng rộng rãi việc chuẩn bị nước cho lò áp suất thấp trung bình, giặt là, q trình hóa học Sodium zeolit làm mềm cung cấp ưu điểm sau phương pháp làm mềm khác: Nước xử lý có độ cứng thấp zeolit làm mềm làm giảm độ cứng hầu hết nguồn cung cấp nước ppm 59 Hoạt động đơn giản đáng tin cậy; điều khiển tái sinh tự động bán tự động có sẵn với chi phí hợp lý Muối khơng tốn dễ dàng để xử lý Khơng có bùn thải sản xuất; thường, xử lý chất thải vấn đề Trong giới hạn định, thay đổi tốc độ dịng nước có ảnh hưởng đến chất lượng nước sau xử lý Vì hoạt động hiệu thu đơn vị hầu hết kích thước, chất làm mềm natri zeolite thích hợp cho việc cài đặt lớn nhỏ • Hạn chế Mặc dù làm mềm natri zeolite giảm độ cứng hòa tan nước, chất rắn, độ kiềm, silica nước không bị ảnh hưởng Làm mềm natri zeolite thay trực tiếp cho chất làm mềm vôi, sôđa Nhà máy thay chất làm mềm họ làm mềm zeolite với mức silica độ kiềm nồi họ Làm mềm natri zeolite không hoạt động hiệu vùng nước đục Tiếp tục hoạt động với độ đục chảy đến vượt 1,0 JTU gây tắc nghẽn cột, thời gian trao đổi khơng dài, chất lượng nước xử lý nghèo khống Nhựa bị hỏng chất gây nhiễm kim loại nặng sắt nhôm, mà không loại bỏ trình tái sinh bình thường Nếu dư thừa sắt mangan có mặt việc cung cấp nước, nhựa phải làm định kỳ Bất keo tụ nhôm sử dụng trước làm mềm zeolite, vận hành thiết bị phù hợp kiểm soát chặt chẽ pH lắng cần thiết để thực làm mềm tốt 60 Tác nhân oxy hóa mạnh mẽ cơng nước thơ làm suy giảm nhựa Chlorine, có mặt hầu hết nguồn cung cấp thành phố, chất oxy hóa mạnh mẽ cần loại bỏ trước zeolit làm mềm cách kích hoạt lọc carbon phản ứng với sodium sulfite 4.2 Khử khoáng Làm mềm khơng đủ cho hầu sử dụng nồi áp suất cao cho nhiều dịng q trình, đặc biệt người sử dụng sản xuất thiết bị điện tử Ngoài việc loại bỏ độ cứng, q trình địi hỏi phải loại bỏ tất chất rắn hòa tan, chẳng hạn natri, silica, độ kiềm, anion khoáng sản (Cl, SO ², NO ¯) Khử khoáng nước việc loại bỏ tất muối vô cách trao đổi ion Trong trình này, nhựa cation acid mạnh hình thức chuyển đổi ion hydro hịa tan muối thành axit tương ứng chúng, nhựa anion base mạnh theo hình thức hydroxide loại bỏ axit.Khử khống nước tương tự chất lượng để chưng cất với chi phí thấp Khử khống với hạt cation hạt anion Về có loại hạt nhựa trao đổi ion hạt nhựa trao đổi cation hạt nhựa trao đổi anion Hạt nhựa trao đổi cation cung cấp Hydrogen (H+ ) ion hay ion tích điện dương khác trao đổi cation tạp chất có nước Nhựa trao đổi anion cung cấp Hydroxyl ( OH- ) ion hay ion mang điện tích âm khác trao đổi anion tạp chất có nước • Ngun tắc khử khống: Một hệ thống khử khoáng bao gồm nhiều cột nhựa trao đổi ion, bao gồm đơn vị axit cation mạnh đơn vị anion base mạnh Các trao đổi nhựa cation hydro cho cation nước thô thể phản ứng sau đây: 61 Một biện pháp tổng nồng độ axit mạnh nước thải cation FMA (Free Mineral Acidity) Nếu trao đổi cation 100% hiệu quả, FMA từ trao đổi với axit nồng độ khoáng lý thuyết (TMA) nước Các FMA thường thấp so với TMA lượng nhỏ natri rò rỉ qua trao đổi cation Lượng natri rò rỉ phụ thuộc vào mức độ tái sinh, tốc độ dòng chảy, tỷ lệ natri để cation khác nước thơ Nói chung, natri rò rỉ tăng lên tỷ lệ natri cation tổng mức tăng Một đơn vị trao đổi cation tới gần kiệt sức, FMA nước thải giảm mạnh, trao đổi cần loại bỏ từ dịch vụ Tại thời điểm nhựa nên tái sinh với dung dịch axit, trả vị trí trao đổi mẫu hydro Axit sunfuric thường sử dụng chi phí giá phải sẵn có Tuy nhiên, sử dụng khơng acid sulfuric gây tắc nghẽn khơng thể đảo ngược nhựa với calcium sulfate Để ngăn chặn điều xảy ra, axit sunfuric thường cho vào vi trí cao dịng chảy (1 gpm/ft²) nồng độ ban đầu 2% Nồng độ axit dần tăng lên 6-8% để hoàn thành tái sinh Một số thiết kế sử dụng axit clohydric để tái sinh Điều đòi hỏi việc sử dụng vật liệu đặc biệt để thiết kế hệ thống tái sinh Như với đơn vị natri zeolite, dư thừa tái sinh (sulfuric hay axít clohiđric) yêu cầu lên đến ba lần so với liều lý thuyết Để hồn tất q trình khử khống, nước từ đơn vị cation chuyển qua nhựa trao đổi anion base mạnh hình thức hydroxit Các trao đổi nhựa ion hydro cho hai loại ion khống bị ion hóa cao acid cacbonic silic yếu hơn, hình đây: 62 Các phản ứng cho thấy khử khống hồn tồn loại bỏ cation anion khỏi nước.Trong thực tế, phản ứng trao đổi ion phản ứng cân bằng, số rò rỉ xảy ra.Hầu hết rò rỉ từ đơn vị cation natri Rò rỉ natri chuyển sang sodium hydroxide đơn vị anion Độ pH nước thải hệ thống cation-anion khử khoáng hai cột kiềm Các chất kiềm trao đổi anion gây lượng nhỏ silica rò rỉ Mức độ rò rỉ từ anion phụ thuộc vào chất hóa học nước xử lý liều lượng tái sinh sử dụng Khử khoáng nhựa anion mạnh mẽ loại bỏ silica chất rắn hòa tan khác Silica nước thải độ dẫn điện thông số quan trọng để theo dõi q trình khủ khống 63 Hình 26: Q Trình khử khống Khi silica tăng đột biến xảy vào cuối qáu trình, mức silica nước xử lý tăng mạnh Thông thường, độ dẫn điện nước giảm giây lát, sau tăng lên nhanh chóng Giảm tạm thời độ dẫn điện dễ dàng giải thích Trong trao đổi bình thường, hầu hết dẫn nước thải mức độ nhỏ sodium hydroxide sản xuất trao đổi anion Khi silica tăng đột biến xảy ra, hydroxit khơng cịn nữa, natri từ trao đổi cation chuyển thành natri silicat, độ dẫn điện nhiều so với sodium 64 hydroxide Như nhựa anion hết khả trao đổi, ion khống tăng có độ dẫn điện lớn Hình 27 Khi kết thúc q trình khử khống, hạt nhựa phải tái sinh Nếu khử khống phép dừng qua trình trao đổi qua điểm dừng, mức silica nước xử lý tăng nước chảy đến, tập trung silica diễn nhựa anion trình trao đổi Mạnh trao đổi anion gốc tái sinh với dung dịch natri hydroxit 4% Như với cation tái sinh, nồng độ tương đối cao ổ đĩa hydroxide phản ứng tái sinh Để cải thiện việc loại bỏ silica khỏi giường nhựa, chất ăn da 65 regenerant thường đun nóng đến 120 ° F nhiệt độ theo quy định nhà sản xuất nhựa Loại bỏ Silica tăng cường cột nhựa 4.3 Ứng dụng khác: • Loại bỏ nitrat: trao đổi ion sử dụng để loại bỏ nitrat từ nước ô nhiễm nitrat Trao đổi nhựa anion sở vững mạnh hoạt động dạng ion clorua (muối tái tạo) sử dụng thành cơng cho dịch vụ • Xử lý chất thải, phóng xạ:Hệ thống chất thải phóng xạ nhà máy điện hạt nhân bao gồm hệ thống trao đổi ion để loại bỏ số lượng nuclit phóng xạ từ nước thải môi trường Hệ thống sử dụng giường hỗn hợp • Hóa chất chế biến - Xúc tác Kể từ trao đổi nhựa ion rắn, khơng hịa tan (nhưng phản ứng) axit, bazơ, muối, họ thay chất kiềm, axit chất xúc tác ion kim loại q trình thủy phân, đảo ngược, este hóa, ẩm nước, trùng hợp, hydroxy hóa phản ứng epoxidation Các lợi trao đổi nhựa ion làm chất xúc tác dễ dàng tách từ sản phẩm phản ứng, tái sử dụng lặp lặp lại, giảm phản ứng phụ khơng có nhu cầu hợp kim đặc biệt niêm mạc thiết bị • Thanh lọc Làm trao đổi ion sử dụng để loại bỏ ô nhiễm axit, kiềm, muối hỗn hợp chất khơng ion hóa ion hóa hữu hay hữu Ví dụ loại bỏ axit formic từ 50 % giải pháp formaldehyde, loại bỏ amin từ methanol, loại bỏ chất sắt từ hoạt động sản xuất thép, phịng tắm nhúng nhơm tươi sáng loại bỏ sắt axit hydrochloric • Khai thác kim loại, tách tập trung Trong hỗn hợp dung dịch nước dung mơi có chứa lượng lớn chất gây ô nhiễm lượng nhỏ chất tan mong muốn, trao đổi nhựa ion sử dụng để cô lập cách chọn lọc tập trung chất tan mong muốn, ví dụ, phục hồi urani dung dịch axit sulfuric ngấm với ion anion sở vững mạnh Nhựa phức cụ thể khác có 66 thể sử dụng để phục hồi kim loại đồng, niken, coban kim loại q • Khơ Trao đổi nhựa ion, trao đổi nhựa cation axit đặc biệt mạnh mẽ trạng thái khơ, có tác dụng chất làm khơ [10] Trao đổi nhựa ion cho thấy khả lớn chúng chất làm khơ q trình sấy dung mơi kỵ nước, ví dụ, hydrocarbon hydrocacbon clo • Đường ly thân lọc Nhựa trao đổi ion sử dụng phần xi-rô ngô, cao xi-rô fructose corn (HFCS) chế biến xi-rơ tinh bột khác Trong chế biến đường mía, loại nhựa thường sử dụng để làm mềm nguồn cấp liệu, phục hồi đường từ mật, decolorization Họ sử dụng việc sản xuất chất làm phi dinh dưỡng sorbitol mannitol Nhựa chất hấp phụ sử dụng bốn q trình quan trọng chế biến ngơ ngọt: deashing, tách sắc ký glucose fructose, đánh bóng giường hỗn hợp loại bỏ màu sắc Trong deashing, cột nhựa axit cation thường theo sau cột nhựa anion sở Các loại nhựa sử dụng macroporous, cấu trúc xốp lớn chúng cho phép thành phần xi-rô để di chuyển tự vào hạt • Tách sắc ký Tách sắc ký trình sản xuất sử dụng trao đổi nhựa ion để tách thành phần hịa tan từ khác Nó áp dụng ngành công nghiệp đường để tinh chế hợp chất sucrose, glucose, fructose, oligosaccharides, sorbitol mannitol Nó sử dụng để muối riêng biệt từ glycerol tịnh hóa axit amin hữu khác axit Sắc ký công nghiệp sử dụng mô di chuyển (SMB) công nghệ để giảm thiểu sử dụng dung môi, dẫn đến chi phí hoạt động so sánh với sắc ký hàng loạt truyền thống • Dược phẩm lên men: Nhựa trao đổi ion hữu ích cho nguyên liệu làm thuốc vào ứng dụng Trong số trường hợp, trao đổi nhựa ion có ảnh hưởng đến thuốc, ví dụ, Cholestyramine, tảng mạnh mẽ nhựa anion sở sấy khô sử dụng để gắn kết acid mật để giảm cholesterol máu 67 trao đổi nhựa ion sử dụng loạt trình lên men quy trình cơng nghệ sinh học, chẳng hạn lập tinh lysine, streptomycin neomycin kháng sinh tương tự khác • Trong xử lý nước cấp: xử lý nước cứng, xử lý arsen, xử lý nitrat, xử lý silic • Trong xử lý nước thải: xử lý nước thải sinh hoạt, xử lý số kim loại nặng, xủ lý nước thải công nghiệp, thu hồi chất có giá trị, thu hồi vàng, thu hồi bạc, thu hồi thủy ngân, thu hồi Nicken: 68 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Việc sử dụng trình trao đổi ion hiệu điều hòa nước cấp Việc lựa chọn đắn trình trao đổi ion cụ thể phụ thuộc vào nhu cầu chất lượng nước, thuận tiện hoạt động, cân nhắc kinh tế Để có kết hiệu quả, hệ thống phải lựa chọn cẩn thận, thiết kế, vận hành trì Bởi định phức hợp, kỹ sư trao đổi ion kinh nghiệm nên tư vấn để hỗ trợ việc lựa chọn thiết kế Phương pháp hấp thụ trao đổi ion phương pháp có hiệu kỹ thuật xử lý nước cấp nước công nghệ Các phương pháp cho phép loại bỏ phần lớn chất độc tan nước, dạng hữu hay ion kim loại, chúng kết hợp với phương pháp khác để nâng cao hiệu xử lý 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng tóm tắt: Q trình cơng nghệ môi trường – Phạm Anh Đức - Đại học Tôn Đức Thắng, 2012 Remco engineering Water systems and controls Ion Exchange History, Introduction, and Kinetics of Ion Exchange Materials Sanjeev Kumar and Sapna Jain Ion exchange resins; nzic.org.nz/ChemProcesses/water/13D.pdf Dow Liquid Separations DOWEX Ion Exchange Resins Fundamentals of Ion Exchange 70 Ion exchange water treatment; kbkf.kkft.bme.hu/labor/ion_exchange.pdf Removal of Cadmium from Wastewater Using Ion Exchange Resin Amberjet 1200H Columns Y Bai*, B Bartkiewicz Chaper Ion exchange gewater.com/handbook/ext_treatment/ch_8_ionexchange.jsp Ion exchange letters 2( 2009) 1- 14 Inorganic and Composite Ion Exchange Materials and their Applications 10 Ion exchange for dummies Rohm and Haas 11 Regeneration methods for ion exchange units dardel.info/IX/processes/regeneration.html 71 ... chế trao đổi ion Định nghĩa q trình trao đổi ion Về bao gồm tiếp xúc trao đổi môi trường, việc trao đổi diễn Đây thường trao đổi ion rắn dung dịch nước Thực tế ion trao đổi có nghĩa trao đổi. .. Pháp Trao đổi ion Là trình trao đổi ion dựa tương tác hoá học ion pha lỏng ion pha rắn Trao đổi ion trình gồm phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng ) ion pha lỏng ion pha rắn (là nhựa trao đổi) ... trao đổi ion: Vật liệu trao đổi ion chất khơng hịa tan có chứa ion mà trao đổi với ion khác dung dịch tiếp xúc với Những trao đổi diễn mà khơng có thay đổi vật lý vật liệu trao đổi ion Trao đổi