Vật liệu trao đổi cation được phân loại là axit yếu hoặc axit mạnh tùy thuộc vào loại của nhóm trao đổi. Cation trao đổi axit mạnh chứa – SO3- chức năng, yếu trao đổi cation axit chứa –COO- nhóm chức năng. Hiện đã có cải tiến liên tục trong vật liệu trao đổi ion từ năm đầu tiên sử dụng sản phẩm vô cơ tự nhiên và tổng hợp. Than gỗ hoạt tính, nhựa styrene-base, nhựa phenolic và acrylic nhựa là một số đã được phát triển. Năng lực giá đã được tăng lên rất nhiều với sự phát triển của bộ trao đổi styrene-base. Những loại nhựa được sản xuất hình cầu, căng và dạng tự do để chống suy thoái vật lý. Chúng là ổn định ở nhiệt độ cao như 300 ° F và được áp dụng trên một khoảng pH rộng. Nhựa dày đặc hơn, những sản phẩm có mức độ cao hơn của kết ngang polymer, được phát triển đặc biệt cho các ứng dụng trong công nghiệp nặng. Những sản phẩm này là khả năng chống suy thoái bằng cách ôxi hóa các chất như clo, và chịu được áp lực vật lý mà gãy vật liệu nhẹ hơn.
• Nhựa cation acid mạnh (SAC):
Nhựa axit mạnh được đặt tên như vậy vì hoạt động hóa học của chúng là tương tự như của một axit mạnh.Nhựa SAC có thể trung hòa các base mạnh và chuyển đổi thành các muối trung tính của các axit tương ứng với chúng. Các loại nhựa được đánh giá ion hóa cao trong cả dạng axit (RSO3H) và muối (RSO3Na). Chúng có thể chuyển đổi một muối kim loại acid tương ứng bởi các phản ứng:
2 (R-SO3H) + NiCl2 ↔ (R-SO4)2Ni + 2HCI (5)
Nhựa SAC có được chức năng từ các nhóm axit sulfonic (HSO3). Khi được sử dụng trong khử khoáng, nhựa SAC loại bỏ gần như tất cả các cation trong nước thô, thay thế chúng bằng các ion hydro, như hình dưới đây:
Phản ứng trao đổi là có thể đảo ngược. Khi khả năng trao đổi cạn kiệt, nhựa có thể được tái sinh cần một lượng dư axit.
Trao đổi cation axit mạnh hoạt động tốt ở tất cả các phạm vi pH. Những loại nhựa đã tìm thấy một loạt các ứng dụng. Ví dụ, chúng được sử dụng trong chu trình natri (sodium như các ion di động) làm mềm và trong chu trình hydro cho quá trình phản cation hóa.
Nhựa axit mạnh dạng Hydro và natri được đánh giá cao khả năng điện ly và trao đổi Na+ và H+ luôn có sẵn để trao đổi trên toàn bộ dải pH. Do đó, trên dung dịch pH khả năng trao đổi các loại nhựa axit mạnh là độc lập. Những loại nhựa sẽ
được sử dụng dưới hình thức hydrogen cho sự khử ion; chúng được sử dụng trong các mẫu natri để làm mềm nước (canxi và magiê loại bỏ). Sau khi cạn kiệt, nhựa được chuyển đổi trở lại dạng hydrogen (tái sinh) bằng cách tiếp xúc với một dung dịch axit mạnh, hoặc nhựa có thể được hội tụ lại để hình thành natri từ một dung dịch natri clorua. Đối với phương trình 5. axit clohydric (HCl) tái sinh sẽ cho kết quả một dung dịch niken clorua đậm đặc (NiCl,).
• Nhựa Acid Cation yếu:
Trong một loại nhựa axit yếu. nhóm ion hoá là một axit cacboxylic (COOH) trái ngược với nhóm axit sulfonic (SO3H) được sử dụng trong các loại nhựa axit mạnh. Những loại nhựa này hoạt động tương tự như các axit hữu cơ yếu được điện ly một cách yếu ớt.
Nhựa axit yếu có ái lực cao hơn rất nhiều so với các ion hydro từ nhựa axit mạnh. Đặc điểm này cho phép việc tái tạo mẫu hydro với axit ít hơn đáng kể so với yêu cầu cho các loại nhựa axit mạnh. Hầu như tái sinh hoàn chỉnh có thể được thực hiện với số lượng cân bằng hóa học của axit. Mức độ phân ly của một loại nhựa axit yếu chịu ảnh hưởng mạnh bởi độ pH dung dịch. Do đó nhựa phụ thuộc một phần vào độ pH dung dịch. Hình 13 cho thấy một loại nhựa axit yếu điển hình có dung lượng dưới độ pH 6.0 giới hạn. Làm cho nó không thích hợp để khử ion có tính axit nước thải hoàn tất kim loại.
Nhựa trao đổi cation axit yếu có được hoạt động trao đổi từ một nhóm cacboxylic (COOH).Khi hoạt động dưới hình thức hydrogen, nhựa WAC loại bỏ các cation có liên quan đến kiềm, tạo ra axit carbonic như:
Những phản ứng này cũng có thể đảo ngược và cho phép sự trở lại của nhựa WAC mất khả năng trao đổi với hình thức tái sinh. Nhựa WAC không thể loại bỏ tất cả các cation trong hầu hết các nguồn cung cấp nước. Khả năng chính của chúng là hiệu quả tái sinh cao so với nhựa SAC. Hiệu quả cao này làm giảm lượng axit cần thiết để tái tạo nhựa, do đó làm giảm axit chất thải và giảm thiểu các vấn đề xử lý. Nhựa cation axit yếu được sử dụng chủ yếu để làm mềm và dealkalization ở độ cứng cao, nước có độ kiềm cao, thường xuyên kết hợp với các hệ thống chu kỳ natri SAC. Trong các hệ thống khử khoáng đầy đủ, việc sử dụng WAC và nhựa SAC kết hợp cung cấp cho nền kinh tế của nhựa WAC hiệu quả hơn cùng với khả năng trao đổi hoàn toàn của nhựa SAC.