Schimbători de Ioni

Capitolul 1. Introducere

Schimbatorii de ioni sunt substante granulare care au o structura moleculara cu grupari functionale bazice sau acide care pot fi inlocuite. Ionii pozitivi sau negativi ale acestor grupari functionale pot fi inlocuiti de catre ioni cu aceeasi sarcina electrica dintr-o solutie de apa.

Tipuri:

- Schimbători de cationi - sunt caracterizaţi prin prezenţa în molecula structurală a radicalilor cu funcţie acidă, capabili să fixeze cationi şi să-I schimbe, fie între ei, fie cu ionul de hidrogen (H+).

- Schimbători de anioni - cuprind radicali cu funcţie bazică capabili să fixeze anioni şi să-I schimbe fie între ei, fie cu ionul de oxidril: OH–

Schimbători de ioni utilizaţi în mod frecvent în tehnica tratării apei:

- Cationiţi:

- slab acizi;

- puternic acizi.

- Anioniţi:

- slabi bazici;

- puternic bazici (tip I sau II).

Fiecare tip de schimbător are o comportare specifică atât prin structură cât şi datorită ionului activ obţinut prin regenerarea cu reactivi diferiţi.

Schimbarea de ioni se realizeaza:

- fara deteriorari sau solubilizari

- fara a schimba numarul de ioni din lichid

In prezent, cele mai utilizate substante schimbatoare de ioni sunt cunoscute sub numele de rasini. Sunt doua tipuri de rasini: rasinile de tip gel si rasinile macroporoase. Structura lor de baza este identica, ea este obtinuta in ambele cazuri prin copolimerizare. Diferenta dintre cele doua tipuri de rasini consta in porozitatea lor. Rasina de tip gel are o porozitate naturala limitata la distanta intermoleculara. Aceasta este o structura de tip microporoasa. Rasina de tip macroporoasa are o porozitate superioara care este obtinuta prin adaugarea unui aditiv.

Se spune ca schimbatorul este monofunctional daca are o singura varietate de grupare functionala si se spune ca este polifunctional daca moleculele contin diferite tipuri de grupari functionale.

Schimbarea de ioni este un procedeu prin care ionii continuti intr-o solutie sunt adsorbiti pe rasina si sunt inlocuiti cu o cantitate echivalenta de alti ioni cu aceeasi polaritate. Aceasta capacitate de schimb este limitata. La saturatie trebuie realizata „regenerarea” rasinii pentru ai reda potentialul initial de schimb de ioni.

Regenerarea se poate face in doua moduri:

- regenerare in co-curent

- regenerare in contra-curent

Acest procedeu este folosit pentru:

- dedurizare

- decarbonare

- demineralizare

- denitratare

Realizarea acestor tratamente se face in rezervoare cilindrice care lucreaza sub presiune si care dispun, pentru a efectua toate etapele procedurilor de tratament si regenerare, fie de o vana multipla care se foloseste la debite mici si medii, fie de un ansamblu de vane pentru debite mari.

2.1 Apa deionizata / demineralizata

Este destul de greu sa se dea o definitie si sa se stabileasca norme precise pentru apa distilata, demineralizata sau deionizata. Probabil, cel mai bine pentru a ne familiariza cu ideea de apa (ultra) pura este de a incepe cu metoda cea mai veche si cea mai cunoscuta – distilarea.

Apa distilata este apa care a fost adusa la temperatura de fierbere si a carei vapori au fost apoi condensati intr-o unitate de racire (condensator) pentru ai readuce in stare lichida. Distilarea este folosita pentru a purifica apa. Poluantii dizolvati cum ar fi sarurile nu sunt antrenati de catre vapori si raman in recipientul de fierbere.

Aceasta metoda nu ar functiona daca poluantii ar fi volatili deoarece, ca si apa, ar putea sa vaporizeze si apoi recondensati ar polua in continuare apa dorita pura. Sunt anumite echipamente care pot condensa selectiv apa sau alte substante volatile dar in cea mai mare parte a proceselor de distilare, transferul catorva substante volatile si a unei mici cantitati de substanta nevolatila este inevitabila. Puritatea apei distilate este in mod obisnuit de 1,0 MΩcm, si pentru ca nu este nici o protectie contra dizolvarii de dioxid de carbon (CO2) in distilat pH-ul este in general de 4,0 – 5,0. In plus, trebuie luate masuri de protectie contra re-contaminarii apei obtinute dupa distilare.