Nhựa trao đổi anion là gì

Nhựa trao đổi anion là chất polymer xốp liên kết ngang có chứa nhóm chức năng (chất điện ly) bằng các ion mang điện tích âm có thể thay thế bằng các ion mang điện tích âm trong chất lỏng xung quanh chúng.

Đặc điểm của nhựa trao đổi anion

Nhựa trao đổi anion bao gồm một ma trận cao phân tử mà các nhóm chức năng khác nhau được gắn vào. Hầu hết các chất trao đổi anion có tính bazo yếu chứa các nhóm amin bậc ba, trong một số trường hợp cũng gặp phải các nhóm chính và nhóm phụ.

Trong nhiều trường hợp, các chất trao đổi anion bazo yếu không phải là đơn chức nhưng có nhiều nhóm amin. Các loại nhựa anion bazo mạnh chứa các nhóm amoni bậc bốn. Các hạt trao đổi anion tiêu chuẩn có sẵn trên thị trường chứa nhóm  -N⁺(CH₃)₃ (nhựa loại 1) hoặc – N⁺(CH₃)₂C₂H₄ nhóm OH (nhựa loại 2). Cả 2 loại nhựa trao đổi anion bazo mạnh và yếu đều có sẵn ở dạng gel hoặc macrosporous.

Tính chất và lĩnh vực ứng dụng chủ yếu phụ thuộc vào tính chất phân ly của các nhóm chức, trong đó sự phân ly đóng vai trò quan trọng nhất. Nhưa anion bazo mạnh được proton hóa trên toàn bộ phạm vi PH nhưng nhựa anion bazo yếu được proton hóa ở giá trị PH dưới 5 -8 tùy thuộc vào loại. Kết quả là nhựa trao đổi anion bazo mạnh sẽ trao đổi anion trong cả dung dịch axit và kiềm. Ngoài ra các chất trao đổi này có thể hấp phụ các axit yếu và thậm chí ion hóa các axit phân ly rất yếu.

Trong khi đó nhựa anion bazo yếu chỉ có thể hoạt động trong môi trường axit và không thể chuyển đổi muối trung tính thành các hydroxit tương ứng (ví dụ NaCl thành NaOH). Hơn nữa chúng không thể hấp phụ axit yếu.

Sự hấp thu anion của nhựa phụ thuộc vào tương tác cụ thể giữa các ion và đồng ion và sự phân bố của các ion có thể trao đổi phụ thuộc vào đặc tính của cả chất trao đổi và các ion. Do đó xảy ra hiện tượng hấp phụ một số loại anion. Chuỗi các mối quan hệ được cung cấp về mặt định tính bởi chuỗi chọn lọc hoặc định lượng bởi các yếu tố phân tách.

Đối với nhựa trao đổi anion có tính bazo yếu, trình tự của hầu hết các anion là:

OH – SO₄^2- – NO₃ – Cl^–

Do tính chất phân ly của các nhóm chức, các ion hydroxyl được ưu tiên. Điều này rất quan trọng đối với việc chuyển đổi các loại nhựa này sang dạng hydroxyl (hoặc bazo tự do) trong bước tái sinh.

Đối với nhựa trao đổi anion có tính bazo mạnh, trình tự là:

SO₄^2- – NO₃ – Cl^– – HCO₃^– – OH^–

Đối với những loại nhựa này, các ion hydroxyl ít được ưu tiên nhất trong số các anion tiêu chuẩn. Do đó quá trình chuyển đổi nhựa thành dạng hydroxyl đòi hỏi lượng natri hydroxit dư thừa tương đối lớn.

Tốc độ trao đổi phụ thuộc chủ yếu vào sự xâm nhập vào bên trong các ion trao đổi. Đối với nhựa trao đổi anion bazo mạnh được ion hóa hoàn tàn, sự khuếch tán này khá nhanh và tốc độ trao đổi tổng thể chủ yếu phụ thuộc vào sự phân bổ kích thước hạt. Đối với nhựa trao đổi anion bazo yếu, sự phân ly kém và các tương tác cụ thể hơn nữa giữa các vị trí chức năng và các ion khuếch tán làm chậm đáng kể tốc độ trao đổi. Đối với những loại nhựa này cả sự hấp thụ axit và chuyển đổi thành dạng bazo tự do nhờ natri hydroxit phụ thuộc mạnh mẽ vào nồng độ của các pha lỏng.

Nhựa trao đổi anion bazo mạnh ở dạng hydroxyl có thể bị phân hủy đáng kể các nhóm chức ở nhiệt độ trên 40⁰C dẫn đến mất chức năng bazo mạnh.

• Cách tái sinh nhựa anion

Nhựa trao đổi anion gồm những loại nào

Nhựa trao đổi anion bazo mạnh

• Nhựa trao đổi anion bazo mạnh hoạt động tương tự như bazo mạnh. Nhựa anion bazo mạnh có ở dạng hydroxit.
• Phản ứng trao đổi anion bazo mạnh điển hình
• R-NH₃OH + HNO₃ = R-NH₃NO₃ + H₂O
• Nhựa trao đổi anion bazo mạnh được sử dụng trong các hệ thống khử khoáng nước, khử nitrat, và các ứng dụng xử lý nước khác
• Nhựa trao đổi anion bazo mạnh được tái sinh bằng dung dịch xút đậm đặc

Các loại nhựa trao đổi anion mạnh như:

Nhựa trao đổi anion Trilite MA 12 Hàn Quốc

Nhựa trao đổi anion Tulsion A23 Ấn Độ

Nhựa trao đổi anion bazo yếu

• Nhựa trao đổi anion bazo yếu hoạt động tương tự như các loại nhựa bazo yếu. Phản ứng trao đổi anion bazo điển hình
• R-NH₂ + HNO₃ = R-NH₃NO₃
• Khả năng trao đổi ion của nhựa anion yếu tăng khi PH của dung dịch giảm
• Nhựa trao đổi anion yếu không sử dụng cho các dung dịch có độ PH cao >6
• Nhựa anion yếu chỉ hấp thụ các anion của axit mạnh (clorua, nitrat, sunfat)
• Nhựa anion yếu dễ dàng được tái sinh bằng một lượng nhỏ bazo yếu (chẳng hạn như amoniac hoặc natri cacbonat)

Các thông số phổ biến của nhựa trao đổi anion

Nhựa trao đổi anion mạnh ở dạng clorua

Nhựa trao đổi anion mạnh ở dạng hydroxit

Nhựa trao đổi anion yếu

• Nhựa cation và nhựa anion giống và khác nhau như thế nào