رزین های آنیونی Anion resin

رزین آنیونی از یک ماتریس پلیمری تشکیل شده است که گروه های عملکردی به آن متصل شده اند .

رزین آنیونی همان طور که از نامش هم پیداست ، بیشتر تمایل دارد تا با آنیون ها و بار های منفی موجود در مواد مختلف پیوند برقرار کند و به همین دلیل می توان از این ماده برای حذف و از بین بردن عناصری که برای بدن انسان مضرند استفاده نمود و به عنوان یک فیلتر از آن در صنعت کشاورزی ، هسته ای ، پتروشیمی و غیره کاربرد دارد .

 

انواع رزین آنیونی :

رزین آنیونی با توجه به میزان توانایی در تبادل یون ، به دو دسته ی کلی با نام های رزین آنیونی با پایه ی قوی و ضعیف تقسیم بندی می شود .

که هر کدام از این موارد به نسبت خاصیت ها و ویژگی هایی که دارند در موارد گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند .

یعنی اگر هرچه رزین آنیونی ضعیف تر باشد یون های کمتری را نیز تبادل می کند و این در حالی است که هر چه رزین آنیونی قوی تر باشد ظرفیت کمتری برای تبادل یون دارد

آنیون های پایه ضعیف از نظر شیمیایی نسبت به آنیونهای پایه قوی مقاومت بالایی دارند و برای از بین بردن اسیدهای معدنی ، اسیدهای آلی و سایر مواد آلی استفاده می شوند و آنها در برابر رسوبات آلی بسیار مقاوم هستند .

این دو نوع از رزین ها هر دو پس از استفاده می توانند دوباره با انجام فرایند احیاء سازی مورد استفاده قرار گیرند .

که در ادامه با بررسی کامل این دو دسته بندی می پردازیم .

 

 

• رزین آنیونی با پایه ی قوی (Strong Base Anion)

این نوع رزین آنیونی قدرت بالایی در برقراری ارتباط با یون های موجود در مواد دارد و می تواند تمامی عناصر یونی موجود در آب را از بین ببرد ، برای احیای دوباره رزین آنیونی با پایه قوی باید از یک باز قوی مانند سود استفاده شود .

 

رزین آنیونی قوی :

رزین آنیونی قوی توانایی این را دارد که تمام آنیون های آب را حذف کند . از این قابلیت رزین آنیونی قوی می توان در دیونایزر ها برای تولید آب دیون استفاده کرد .

البته لازم به ذکر است که رزین آنیون کاربرد های دیگری دارد که در ادامه به طور مختصر راجب آن صحبت میکنیم .

رزین آنیونی مورد استفاده در دیونایزر ها در دو نوع موجود میباشد ، رزین های آنیونی ذکر شده هردو قابل احیا بوده و با مواد احیا کننده یکسانی نیز احیا می شوند .

این گونه رزین ها در انواع مختلفی موجود هستند که هر یک از آنها مزایا و محدودیت های منحصر به فرد خود را ارائه می دهند ، اما به طور کلی رزین های آنیونی قوی به حد کافی قوی هستند تا اسیدهای قوی و ضعیف را ( از جمله کربن و اسید سیلیسیک ) حذف کنند .

 

• رزین آنیونی با پایه ضعیف (Weak Base Anion)

رزینهای آنیونی ضعیف اغلب همراه با رزین های آنیونی قوی برای دمینرالیزاسیون جفت می شوند زیرا آنها فقط آنیونهای قوی تر (مانند کلرید و سولفات) را حذف می کنند و قادر به حذف آنیونهای اسیدهای ضعیف مانند دی اکسید کربن و سیلیس نیستند .

این کار برای تسهیلاتی که مایل به حذف اسیدهای قوی و حفظ اسیدهای ضعیف تر هستتد سودمند است ، اما اغلب رزین های آنیونی ضعیف و قوی به طور مشترک برای تکمیل یک فرآیند دمینرالیزاسیون مورد استفاده قرار می گیرند .

 

 

کاربردهای رزین آنیونی :

• کاربرد رزین آنیونی در سختی گیری آب
• کاربرد رزین آنیونی در تصفیه آب
• کاربرد رزین آنیونی در داروسازی
• کاربرد رزین آنیونی در جداسازی فلزات

 

 

کاربرد رزین آنیونی در سختی گیری آب :

برای رفع سختی آب از رزین های تبادل یونی برای جایگزینی یونهای سدیم با یونهای منیزیم و کلسیم موجود در آب سخت استفاده می شود .

زمانی که رزین تازه میباشد ، در محل های فعال خود حاوی یون های سدیم است . در تماس با محلول حاوی یون های منیزیم و کلسیم (اما غلظت کم یونهای سدیم)، یون های منیزیم و کلسیم ترجیحاً از محلول به مکان های فعال روی رزین منتقل میشوند و در محلول با یون های سدیم جایگزین می شوند .

این فرآیند با غلظت بسیار اندک از یون های منیزیم و کلسیم در محلول به تعادل می رسد . سپس رزین را با محلول حاوی سدیم بالا مانند نمک طعام غلیظ مجددا شارژ می کنند .

 

 

کاربرد رزین آنیونی در صنعت  تصفیه آب :

همان طور که بارها و بارها به کاربرد رزین آنیونی در این مقاله اشاره نمودیم ولی به دلیل اهمیت بالی این موضوع لیستی از موارد مورد استفاده رزین آنیونی در ادامه آورده شده است .

• حذف انواع یون های منفی مضر در آب
• حذف نیترات
• حذف آرسنیک
• حذف پرکلرات
• حذف کربن آلی
• حذف اورانیوم

رزین های آنیونی در صنایع تصفیه آب برای حذف یون های سمی و فلزات خطرناک مانند سرب یا کادمیوم مورد استفاده قرار میگیرد .

زیرا برای سلامتی خطرناک هستند و از آنها را با یون های بی خطر سدیم و پتاسیم جایگزین می کنند .

برخی از رزین های تبادل یونی به حذف کلر یا آلاینده های آلی از آب کمک می کنند . این کار معمولاً با استفاده از فیلتر ذغال کاربرد رزین آنیونی در داروسازی

از دیگر کاربردهای رزین های تبادل یونی جداسازی و تصفیه مواد فعال دارویی در داروسازی است. بطور معمول از ۳ رزین تبادل یونی، سدیم پلی استایرن سولفونات، کلستیپول و کلستیرامین در این زمینه استفاده می شود .

به عنوان مثال سدیم پلی استایرن سولفونات یک رزین تبادل یونی به شدت اسیدی است و در بیمارستان برای درمان هایپرکالمی استفاده می شود . کلستیپول و کلستیرامین رزین های تبادل یونی هستند که برای درمان هایپرکلسترولمی مورد استفاده قرار می گیرد .

رزین های به عنوان مواد افزودنی در فرمولاسیون های دارویی مانند قرص، کپسول، صمغ و سوسپانسیون استفاده می شوند و به پوشاندن طعم، انتشار طولانی مدت، تجزیه قرص، افزایش فراهمی زیستی و بهبود ثبات شیمیایی مواد فعال در داروها کمک می کنند .

کلاتورهای پلیمری انتخابی برای درمان نگهدارنده برخی از آسیب ها هستند جایی که تجمع یون مزمن رخ می دهد، مانند بیماری ویلسون یا هموکروماتوز ارثی (تجمع بیش از حد آهن در بدن ).

این پلیمرها برای ایجاد مجتمع های پایدار با Fe2 + و Fe3 + در GIT طراحی شده اند و بنابراین با جذب این یون ها از تجمع طولانی مدت آنها را محدود می کنند. اگرچه این روش بر خلاف کلاتورهای مولکولی کوچک (دفراسیروکس، دپریپرون، یا دفروکسامین) فقط یک اثر محدود دارد اما اثر درمانی را افزایش می دهد .

آب تصفیه شده با فرایندهای تبادل یونی یا ترکیبی از روش های تبادل یونی و غشایی با بالاترین خلوص برای وسایل الکترونیکی ، آزمایش های علمی ، تولید ابررساناها و صنایع هسته ای و غیره مورد استفاده قرار میگیرد .

 

 

کاربرد رزین آنیونی در داروسازی

یکی از  کاربردهای رزین های تبادل یونی جداسازی و تصفیه مواد فعال دارویی در صنعت داروسازی میباشد .

بطور معمول از ۳ رزین تبادل یونی، سدیم پلی استایرن سولفونات ، کلستیپول و کلستیرامین در این زمینه استفاده می گردد .

به عنوان مثال سدیم پلی استایرن سولفونات یک رزین تبادل یونی به مقدار زیاد اسیدی است و در بیمارستان برای درمان هایپرکالمی استفاده می شود .

کلستیپول و کلستیرامین رزین های تبادل یونی هستند که برای درمان هایپرکلسترولمی مورد استفاده قرار می گیرد .

رزین های به عنوان مواد افزودنی در فرمولاسیون های دارویی مانند قرص ، کپسول ، صمغ و سوسپانسیون مورد استفاده  قرار می گیرد .

و به پوشاندن طعم ، انتشار طولانی مدت ، تجزیه قرص ، افزایش فراهمی زیستی و بهبود ثبات شیمیایی مواد فعال در داروها کمک شایانی می کنند .

 

 

کاربرد رزین آنیونی در سختی گیری آب

برای رفع سختی آب از رزین های تبادل یونی برای جایگزینی یونهای سدیم با یونهای منیزیم و کلسیم موجود در آب سخت استفاده می گردد .

زمانی که رزین تازه است ، در محل های فعال خود حاوی یون های سدیم است . در تماس با محلول حاوی یون های منیزیم و کلسیم ( اما غلظت کم یونهای سدیم ) ، یون های منیزیم و کلسیم ترجیحاً از محلول به مکان های فعال روی رزین مهاجرت می کنند .

و در محلول با یون های سدیم جایگزین می شوند . در این فرآیند با غلظت بسیار کمتری از یون های منیزیم و کلسیم در محلول به تعادل می رسد . سپس رزین را با محلول حاوی سدیم بالا مانند نمک طعام غلیظ مجددا شارژ می کنند .

 

 

کاربرد رزین آنیونی در تصفیه آب

رزین ها در صنایع تصفیه آب برای حذف یون های سمی و فلزات خطرناک همانند سرب یا کادمیوم استفاده می شوند که برای سلامتی بسیار مضر و آسیب رسان هستند و آنها را با یون های بی خطر سدیم و پتاسیم جایگزین می کنند .

برخی از رزین های تبادل یونی به حذف کلر یا آلاینده های آلی از آب کمک می کنند . این کار معمولاً با استفاده از فیلتر کربن اکتیو (زغال فعال) ، فعال شده با رزین انجام می شود .

آب تصفیه شده با فرایندهای تبادل یونی یا ترکیبی از روش های تبادل یونی و غشایی با بالاترین خلوص برای وسایل الکترونیکی ، آزمایش های علمی ، تولید ابررساناها و صنایع هسته ای و غیره مورد نیاز است .

زیرا اعضای هر خانواده دارای خصوکاربرد رزین آنیونی در جداسازی فلزاتفرآیندهای تبادل یونی برای جداسازی  و تصفیه فلزات از جمله جدا کردن اورانیوم از پلوتونیوم و سایر اکتینیدها از جمله توریم  استفاده می شود .صیات شیمیایی و فیزیکی بسیار مشابهی هستند .

تبادل یونی برای سال ها تنها روش عملی برای جداسازی فالزات قلیایی خاکی نادر در مقادیر زیاد بود .

این روش برای جداسازی پلوتونیوم و اورانیوم از مواد سوخت مصرف شده از یک راکتور هسته ای و برای دفع مواد زائد استفاده می شود . سپس  پلوتونیوم و اورانیوم برای ساخت مواد انرژی هسته ای مانند سوخت راکتور جدید و سلاح های هسته ای مورد استفاده قرار می گیرند .

رزین های تبادل یونی نیز یک جز اساسی در استخراج اورانیوم لیچ درجا هستند . بازیابی درجا شامل استخراج آب حامل اورانیوم از طریق دانه های رزین می باشد سپس رزین های پر از اورانیوم به یک کارخانه فرآوری منتقل می شوند و مورد بازیابی قرار می گیرند .

 

به نسبت کارایی و موارد استفاده از رزین های آنیونی می توان آن ها را به صورت زیر نام برد

• رزین حذف نیترات
• رزین حذف آرسنیک
• رزین A300E
• رزین A400
• رزین A400OH
• رزین A500
• رزین A500PS

 

تشخیص فرسودگی رزین آنیونی

زمانی بیشتر یون های موجود در رزین آنیونی توسط یونهایی که از محلول خارج می شوند جایگزین شده اند ، یک رزین در حال اتمام است . فرسودگی توسط یک سلول رسانای الکتریکی نصب شده در خروجی شناسایی می گردد .

وقتی که رسانایی افزایش می یابد که نشان دهنده عبور یون هاست می توان به طور خودکار چرخه بازسازی را آغاز کرد .

 

 

تفاوت رزین آنیونی و کاتیونی :

تفاوت این دو نوع رزین در نحوه ی عملکرد آنها است . رزین کاتیونی دارای بار منفی میباشد در نتیجه یون مثبت را جذب خود می کند یعنی سدیم را جایگزین کلسیم می کند .

و رزین آنیونی با داشتن بار مثبت یون های منفی را جذب خود می کند و این بدین معنا است که مثلا کلرید را جایگزین آرسنیک می کند . این دو رزین دارای کاربردهای گسترده ای هستند اما عملکرد آنها در صنایع مختلف با یکدیگر کاملا متفاوت است .

به همین خاطر با در نظر گرفتن خواص شیمیایی و فیزیکی مانند اندازه ذرات ، توانایی رزین در نگه داری آب و فیلتراسیون و کیفیت آب در پساب نهایی می توان رزین مورد نظر را انتخاب و به کار برد .

 

قیمت رزین آنیونی :

بطور کلی قیمت رزین آنیونی بالاتر نسبت به رزین کاتیونی می باشند ، بطوری که تفاوت قیمت رزین های آنیونی حدود 2 تا 3 برابر رزین های کاتیونی است .که البته لازم به ذکر است که  امروزه به دلیل نوسان قیمت ارز نمیتوان لیست قیمت مشخصی از رزین ها ارائه کرد .