PHUƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION 1 Giới thiệu Phương pháp trao đổi ion được sử dụng rộng rãi trong các quá trình xử lý nước thải cũng như nước cấp Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion thường được sử[.]
PHUƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION 1- Giới thiệu Phương pháp trao đổi ion sử dụng rộng rãi trình xử lý nước thải nước cấp 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,…),các hợp chất asen, photpho, xianua chất phóng xạ Phương pháp cho phép thu hồi chất có giá trị với độ làm nước cao Nhược điểm phương pháp chi phí đầu tư vận hành cao nên sử dụng cho cơng trình lớn thường sử dụng cho trường hợp đòi hỏi chất lượng xử lý cao. Ưu điểm phương pháp triệt để xử lý có chọn lựa đối tượng. 2- Cơ sở phương pháp: 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) 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 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 3- Nhựa trao đổi ion Nhựa trao đổi ion gọi ionit ,các ionit có khả hấp thu ion dương gọi cationit, ngược lại ionit có khả hấp thu ion âm gọi anionit Cịn ionit vừa có khả hấp thu cation ,vừa có khả hấp thu anion gọi ionit lưỡng tính Về cấu tạo : cấu tạo chất trao đổi ion, phân hai phần Một phần gọi gốc chất trao đổi ion, phần khác gọi nhóm ion trao đổi (nhóm hoạt tính ) Chúng hố hợp cốt cao phân tử. Dùng phương pháp tổng hợp hoá học ,người ta chế tạo chất trao đổi ion hữu gọi nhựa trao đổi ion (resin) Resin tạo trùng ngưng từ styren vàdivinylbenzen(DVB) Phân tử styren tạo nên cấu trúc Resin DVB cầu nối polime có tính khơng hồ tan giai bền Cầu nối Resin cầu nối chiều Trong Resin có cấu trúc rỗng Phân loại : có loại Resin - Resin Cation acid mạnh - Resin Cation acid yếu - Resin Anion bazơ mạnh - Resin Anion bazơ yếu Tính chất vật lý o Màu sắc : vàng, nâu, đen, thẩm Trong trình sử dụng nhựa , màu sắc nhựa hiệu lực thường thâm chút o Hình thái : nhựa trao đổi ion thường dạng tròn o Độ nở : đem nhựa dạng keo ngâm vào nước ,thể tích biến đổi lớn o Độ ẩm : % khối lượng nước khối lượng nhựa dạng khô (độ ẩm khô) , dạng ướt (độ ẩm ướt) o Tính chịu nhiệt : loại nhựa bị ảnh hưởng nhiệt độ có giới hạn định , vượt giới hạn nhựa bị nhiệt phân giải không sử dụng Nhiệt độ hoạt động tốt từ 2050o C o Tính dẩn điện : chất trao đổi ion ẩm dẩn điện tốt, tính dẫn điện phụ thuộc vào dạng ion o Kích thước hạt : Resin có dạng hình cầu d= 0,04-1,00 mm o Tính chịu mài mịn : vận hành chất trao đổi ion cọ sát lẫn nở ngót , có khả dể vỡ vụn Đây tiêu ảnh hưởng đến tính thực dụng o Tính chịu oxy hố: chất oxy hố mạnh làm cho nhựa bị lão hố (trơ) Tính hố học: Dung lượng trao đổi Dung lượng trao đổi biểu thị mức độ nhiều lượng ion trao đổi loại chất trao đổi ion Có phuơng pháp biểu thị dung lượng trao đổi Theo thể tích đlg/m3; theo khối lượng mgđl/g -Tổng dung lượng trao đổi : tiêu biểu thị lượng gốc hoạt tính có chất trao đổi - Dung lượng trao đổi cân : biểu thị dung lượng trao đổi lớn chất trao đổi ion loại dung dịch định ,nên khơng phải số - Dung lượng trao đổi làm việc : Dung lượng trao đổi xác định điều kiện vận hành thực tế Tính thuận nghịch phản ứng trao đổi ion: Phản ứng trao đổi ion phản ứng thuận nghịch Dựa tính chất người ta dùng dung dịch chất hồn ngun , thơng qua chất trao đổi ion hiệu lực để khôi phục lại lực trao đổi CaR + 2H +( nhựa trao đổi)Thí dụ : 2HR + Ca 2+ 2HR + Ca 2+(hoàn nguyên)CaR + 2H+ Tính acid , kiềm : tính chất Cationit RH chất Anionit ROH ,giống chất điện giải acid, kiềm. Tính trung hồ thuỷ phân : tính trung hoà thuỷ phân chất trao đổi ion giống chất điện giải thơng thường Tính chọn lựa chất trao đổi ion - Ở hàm lượng ion thấp dung dịch , nhiệt độ bình thường, khả trao đổi tăng hoá trị ion trao đổi tăng 4- Thứ tự ưu tiên trao đổi Đối với nhựa Cationit acid mạnh(SAC) , Fe 3+>Al 3+> Ca 2+>Mg 2+ > K+>H+>Li+ Đối với nhựa Cationit acid yếu (WAC) H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+> Na+>Li+ Đối với nhựa Anionit kiềm mạnh (SBA) Đối với nhựa anionit kiềm yếu (WBA) - Ở hàm lượng ion thấp ,nhiệt độ bình thường ion hoá trị ,khả trao đổi tăng số điện tử ion trao đổi lớn (bán kính hydrat hố lớn) - Ở hàm lượng ion cao ,khả trao đổi ion không khác nhiều 5- Cơ chế trao đổi ion Có nhiều giả thuyết giải thích chế q trình trao đổi ion chưa thống Trong cơng nghệ xử lý nước giả thuyết thích hợp coi chất trao đổi ion vật chất có cấu tạo dạng keo Trên quan điểm ,nguời ta cho bề mặt cao phân tử chất trao đổi ion có nhiều lớp điện tích kép giống bề mặt keo Ion lớp điện tích kép theo mức độ hoạt động lớn nhỏ phân : lớp hấp phụ lớp khuếch tán Lớp ion có tính hoạt động tương đối bị hấp phụ bám chặt vào bề mặt cao phân tử gọi lớp hấp phụ hay lớp cố định ,nó bao gồm lớp ion bên phận ion ngược dấu Cạnh ngồi lớp hấp phụ ,các ion có tính hoạt động tương đối lớn , có khả khuếch tán vào dung dịch nên gọi lớp khuếch tán Khi nhựa trao đối ion gặp dung dịch nước có chất điện giải, tác dụng sau diễn ra: o Tác dụng trao đổi : Các ion ngược dấu lớp khuếch tán ion ngựoc dấu khác dung dịch trao đổi vị trí lẫn Nhưnh q trình trao đổi ion khơng giới hạn lớp khuếch tán ,do quan hệ cân động ,trong dung dịch có số ion ngược dấu trước tiên trao đổi đến lớp khuếch tán ,sau trao đổi với ion ngược dấu lớp hấp phụ o Tác dụng nén ép: Khi nồng độ muối dung dịch tăng lớn ,có thể làm cho lớp khuếch tán bị nén ép lại Từ , số ion ngược dấu lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu lớp hấp phụ …, Pham vi hoạt động lớp khuếch tán nhỏ lại làm bất lợi cho trình trao đổi ion Do cần ý nồng độ dung dịch hồn ngun q lớn ,khơng khơng thể nâng cao mà cịn giảm thấp hiệu hồn ngun Tốc dộ trình trao đổi ion Như trình hấp phụ ,tốc độ trao đổi ion tuỳ thuộc tốc độ trình thành phần sau: - Khuếch tán ion từ pha lỏng đến ... nhựa trao đổi Quá trình phụ thuộc vào loại nhựa trao đổi loại ion khác Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động , vận hành tái sinh liên tục ; trao đổi ion. .. nhựa trao đổi đứng yên ,vận hành tái sinh gián đoạn Trong trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh phổ biến 3- Nhựa trao đổi ion Nhựa trao đổi ion gọi ionit ,các ionit có khả hấp thu ion dương gọi cationit,... (trơ) Tính hố học: Dung lượng trao đổi Dung lượng trao đổi biểu thị mức độ nhiều lượng ion trao đổi loại chất trao đổi ion Có phuơng pháp biểu thị dung lượng trao đổi Theo thể tích đlg/m3; theo