Các loại nhựa trao đổi ion được sử dụng trong xử lý nước để loại bỏ các chất rắn hoà tan không mong muốn. Những loại nhựa này dựa trên sự liên kết chéo của polymer ví dụ như sự liên kết chéo của polystyrene với divinylbenzene. Những nhóm tích điện được gắn với các liên kết cùng hoá trị và được chia làm bốn nhóm.
Axit mạnh (như sulfonate, -SO3
-
)
Axit yếu (như carboxylate, -COO-
)
Bazơ mạnh (như amin bậc bốn, -N+
(CH3)3)
Bazơ yếu (như amin bậc ba, -N(CH3)2)
Dưới đây là ái lực so sánh của các anion đối với dạng nhựa anion bazơ mạnh.
CrO4 2- >> SeO4 2- >> SO4 2- >> HSO4 - > NO3 - > Br- > HAsO4 2- > SeO3 2- > HSO33- > NO2- > Cl-
Các loại nhựa khác nhau có dãy lựa chọn khác nhau. Nhiều loại nhựa anion có tính bazơ mạnh có sẵn trên thị trường được sử dụng để loại bỏ arsenate trong nước. Arsenite không tích điện nên không được loại bỏ. Chính vì vậy quá trình ôxy hoá là cần thiết cho quá trình loại bỏ asen bằng trao đổi ion. Thông thường nhựa có tính chọn lọc đối với sulfate rất phù hợp cho việc loại bỏ arsenate. Nhựa có tính chọn lọc nitrate cũng có thể loại bỏ asen nhưng quá trình asen lọt qua lớp nhựa diễn ra sớm hơn. Nhựa trao đổi ion thường được tiền xử lý với axit HCl để tạo ra các ion clorua ở trên bề mặt, nó dễ dàng bị thay thế bởi asenat mặc dù nhựa có thể tạo các gốc đơn nguyên tố với các anion khác như brom hoặc axetat. Hiệu quả của quá trình loại bỏ arsenate không liên quan nhiều đến pH và nồng độ nước đầu vào. Mặt khác các anion cạnh tranh đặc biệt là sulfate có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý.
Nhựa trao đổi ion dễ dàng được hoàn nguyên bằng cách rửa với dung dịch muối đặc (NaCl 1,0 M). Loại muối này có thể tái sử dụng từ 20 - 30 lần mặc dù nồng nộ asen tăng lên trong chất tái sinh. Quá trình thu hồi asen là gần như hoàn toàn (80 đến 100%). Nhựa sau tái sinh có hiệu quả loại bỏ asen thấp hơn một chút so với nhựa mới, nhưng sau khoảng 3 - 4 lần tái sinh thì việc giảm công suất là không xảy ra.
52
Mặt hạn chế của quá trình trao đổi ion là nhựa hết tác dụng (trơ), nó có đặc tính sắc ký làm cho nhựa trơ có thể giải phóng ra asen được giữ lại trong nhựa kết quả là nồng độ asen cao hơn so với nồng độ nước đầu vào. Mặt hạn chế thứ hai là nhựa có thể bị tắc do sự kết tủa của các ôxit sắt hoặc mangan có thể làm giảm tốc độ dòng và ngăn cản sự tiếp xúc giữa asen và nhựa. Những lớp nhựa này tự nó có thể hấp phụ asen nhưng không sử dụng đặc tính trao đổi ion của nhựa. Hơn nữa, chất keo sắt có thể đi qua lớp nhựa và vận chuyển asen bị hấp phụ tạo ra sự rò rỉ đáng kể của asen. Ưu điểm của nhựa trao đổi ion là dễ tái sinh, sử dụng ở khoảng pH rộng và có thể hoàn toàn cải thiện được chất lượng nước.