Hạt nhựa trao đổi ion thường được sử dụng trong các hệ thống lọc nước nhằm mục đích làm mềm nước, loại bỏ các chất khoáng, chất kiềm không cần thiết. Vậy thế nào là hạt nhựa trao đổi ion? Cơ chế, ứng dụng của nó như thế nào? Cùng VietChem theo dõi bài viết ngay sau đây để có câu trả lời cụ thể nhé!

I. Hạt nhựa trao đổi ion là gì?

Hạt nhựa trao đổi ion hay hạt làm mềm nước là loại hạt nhựa không hòa tan trong nước nhưng có khả năng giúp loại bỏ những tạp chất ion. Chúng có chứa các ion có thể trao đổi dễ dàng với những ion khác có trong dung dịch khi dung dịch chảy qua cột trao đổi. Sự trao đổi này không gây sự thay đổi về tính chất vật lý của vật liệu trao đổi ion.  Bản thân loại hạt này không tham gia vào phản ứng hóa học, hạt trao đổi ion thay vào đó là môi trường vật lý để tạo điều kiện cho các phản ứng trao đổi ion.

Hạt nhựa trao đổi ion là gì?

II. Đặc điểm tính chất của hạt nhựa trao đổi ion

- Cấu trúc của hạt trao đổi ion làm mềm nước được hình thành bởi các chuỗi hydrocacbon liên kết ngang với nhau trong một quá trình được gọi là quá trình trùng hợp. Liên kết ngang tạo cho polymer nhựa có cấu trúc mạnh hơn với độ đàn hồi và công suất lớn hơn (tùy vào thể tích).

- Hầu hết thành phần của loại hạt nhựa này là polystyrene, mổ số loại được sản xuất từ acrylic có thể là acrylonitrile ay metyl acrylat.

- Cấu trúc cơ bản của hạt nhựa trao đổi ion được tạo thành từ các phân tử styrene. Cấu trúc này mang tính bền vững không tan, là các cầu nối 3 chiều giúp tạo thành cấu trúc rỗng bên trong các hạt làm mềm nước.

- Hình dạng của phân tử, kích thước cũng như cấu trúc hạt nhựa có thể thay đổi từ loại này sang loại khác:

• Chúng thường có dạng hình cầu với kích thước nhỏ, bán kính vào khoảng 0,25 – 1,25 mm
• Màu sắc: thường có màu như vàng, nâu, đen,… và sẽ mất dần đi sau một khoảng thời gian sử dụng
• Hình thái: dạng tròn với kích thước khoảng 0,04 – 1mm
• Độ nở: khi ngâm trong nước sẽ tăng thể tích
• Độ ẩm: chia thành độ ẩm khô và độ ẩm ướt
• Tính chịu nhiệt: chịu nhiệt ở giới hạn nhất định, thường từ 20 – 50 độ C sẽ cho hiệu quả hoạt động tốt nhất. Phân giải khi nhiệt độ quá cao.
• Tính dẫn điện: phụ thuộc vào dạng ion, trong đó loại chất trao đổi ion ẩm thường dẫn điện tốt hơn
• Tính oxy hóa: bị lão hóa khi tiếp xúc với các chất oxy hóa mạnh
• Tính chịu mài mòn: trong quá trình vận hành khi có sự cọ xát va chạm có khả năng bị vỡ vụn

Hạt nhựa trao đổi ion có màu vàng hoặc nâu,....

III. Hạt nhựa trao đổi ion được phân loại ra sao?

1. Hạt nhựa trao đổi cation

Đây là loại có khả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly, mang tính axit, thường được sử dụng trong làm mềm nước. Chúng có thể chia thành:

• Hạt nhựa trao đổi cation tính axit mạnh: bao gồm 1 cấu trúc polystyrene cùng nhóm chức năng sulphonat được tích điện bằng ion natri nhằm làm mềm trong các ứng dụng của nó hay ion hydro để khử khoáng.
• Hạt nhựa trao đổi cation tính axit yếu: bao gồm 1 polyme acrylic đã được thủy phân bởi axit sunfuric nhằm tạo nên các nhóm chức axit cacboxylic, thường dùng để loại bỏ có chọn lọc những cation liên quan đến độ kiềm.

2. Hạt nhựa trao đổi anion

Là hạt trao đổi ion với khả năng hút ion âm từ dung dịch điện ly, mang tính kiềm. Loại hạt nhựa này thường được ứng dụng trong loại bỏ nitrat hay các tạp chất hữu cơ. Chúng được chia thành:

• Hạt nhựa trao đổi anion tính bazơ mạnh: bao gồm một cấu trúc polystyren được trải qua quá trình clo hóa và khử amin giúp cố định các anion vào các vị trí trao đổi.
• Hạt nhựa trao đổi anion tính bazơ yếu: gồm một cấu trúc polystyren đã bị clo hóa, sau đó là khử amin với dimethylamine. Do không có các ion trao đổi nên các hạt này được dùng để làm chất hấp thụ axit, giúp loại bỏ những anion liên quan tới axit khoáng mạnh.

IV. Tìm hiểu nguyên tắc trao đổi ion của hạt nhựa

Sau khi nước chảy vào cột chứa các hạt nhựa trao đổi ion, tại đây sẽ diễn ra quá trình hạt nhựa trao đổi các ion H+ cho bất cứ loại cation nào chúng gặp được như Ca2+, Na+, Mg2+,… Tương tự với các hạt nhựa trao đổi anion sẽ thực hiện trao đổi OH- với bất kỳ loại anion nào như NO3-, Cl-, SO42-,… Ion H+ từ bộ trao đổi cation kết hợp cùng ion OH- từ bộ trao đổi anion tạo nên nước tinh khiết.

Các loại nhựa này có thể được thiết kế trong các bộ trao đổi riêng hoặc hỗn hợp có chứa cả hai loại. Trong cả 2 trường hợp, sẽ diễn ra việc tái sinh hạt nhựa trao đổi ion khi chúng đã trao đổi hết các ion H+, OH- cho những chất gây ô nhiễm tích điện trong nước. Sự tái sinh này chính là sự đảo ngược quá trình trao đổi ion trên, thay thế những ion đang được lưu giữ trong các hạt nhựa bằng OH- và H+.

V. Hạt nhựa trao đổi ion mang đến những ưu nhược điểm gì?

1. Ưu điểm

• Giúp loại bỏ một cách hiệu quả các chất vô cơ hòa tan với năng lượng tiêu tốn nhỏ
• Tiết kiệm được chi phí với khả năng tái sinh của hạt
• Mức đầu tư ban đầu thấp

Nhờ vào khả năng tái sinh, hạt nhựa trao đổi ion giúp tiết kiệm chi phí sử dụng

2. Nhược điểm

• Không thể loại bỏ được các chất hữu cơ hay vi sinh vật
• Chỉ được sử dụng khi nước đã trải qua quá công đoạn xử lý thô ban đầu. Nếu nước vẫn tồn tại những hợp chất hữu cơ hay ion Fe3+, sẽ xảy ra hiện tượng các chất này bám dính vào hạt nhựa ion làm giảm đi khả năng xử lý của hạt.
• Chi phí vận hành cao trong một thời gian dài, do cần sử dụng hóa chất cho việc tái sinh

VI. Các ứng dụng quan trọng của hạt nhựa trao đổi ion

• Trong làm mềm nước: Đảm nhận vai trò thay thế các hạt ion Ca2+ và Mg2+ bằng những ion vô hại như K+, Na+ để giảm đi độ cứng của nước. Quá trình này diễn ra một cách liên tục và đạt đến trạng thái cân bằng khi nồng độ của ion magie, canxi đạt tới mức tối thiểu.

Hạt nhựa trao đổi ion được sử dụng để làm mềm nước

• Trong sản xuất nước khử khoáng hay nước siêu tinh khiết: Để sản xuất nước khử khoáng cần sử dụng cả hạt nhựa trao đổi cation và anion nhằm loại bỏ tối đa các khoáng chất không mong muốn như Asen, Bari, Canxi, Mangan,…
• Tách lọc các ion không mong muốn: hạt nhựa được dùng để loại bỏ những hạt ion độc tố hay các kim loại nặng khỏi dung dịch và thực hiện thay thế chúng bằng những ion vô hại hơn như kali, natri. Cần lưu ý, hạt trao đổi ion không loại bỏ được clo hay các chất ô nhiễm hữu cơ khỏi nước mà cần kết hợp xử lý bằng bộ lọc than hoạt tính.
• Tính chế kim loại: sử dụng trong tinh chế kim loại giúp tách uranium ra khỏi plutonium cùng các loại actinide khác. Nó cũng là thành phần quan trọng để khai thác, chiết xuất uranium.
• Lọc nước trái cây: ứng dụng trong các quy trình sản xuất nước ép trái cây như cam, việt quất, giúp loại bỏ thành phần có vị đắng, chua, từ đó cải thiện đáng kể hương vị nước ép.

Hạt nhựa trao đổi ion được sử dụng để làm giảm vị đắng, chua của một số loại nước ép

• Sản xuất dược phẩm: được dùng như một công cụ để tính chế các hoạt chất dược phẩm

VII. Giá hạt nhựa trao đổi ion là bao nhiêu? Mua hạt trao đổi ion ở đâu giá tốt, chất lượng, uy tín?

Nhìn chung, giá của loại hạt nhựa này không quá cao, bạn có thể sở hữu một túi hạt chỉ với vài chục nghìn đồng. Tuy nhiên với các loại có nguồn gốc xuất xứ khác nhau sẽ cho hiệu quả không giống nhau, để đảm bảo sản phẩm chính hãng, chất lượng với giá thành phải chăng, bạn nên lựa chựa đơn vị cung cấp uy tín. Công ty VietChem với hơn 20 năm trong lĩnh vực cung cấp các loại hóa chất sẽ là một trong những địa chỉ tin cậy cho bạn tìm đến. Khi mua hàng tại VietChem, quý khách có thể hoàn toàn yên tâm về chất lượng, nguồn gốc xuất xứ rõ ràng với giá thành cạnh tranh trên thị trường. Bên cạnh đó đội ngũ tư vấn giàu kinh nghiệm sẽ hỗ trợ quý khách chọn được sản phẩm phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng.

Mọi thông tin chi tiết về sản phẩm như báo giá hạt nhựa trao đổi ion hay cách sử dụng hạt nhựa trao đổi ion ra sao,… quý khách vui lòng liên hệ với VietChem qua số hotline 0826 010 010 hoặc nhắn tin trên website vietchem.com.vn. Hệ thống chuyên viên tại đây của chúng tôi sẽ phản hồi nhanh, hiệu quả nhất.