Phương pháp trao đổi ion | Khái niệm hoá học

Qúa trình trao đổi ion là gì?

Quá trình tương tác của dung dịch với pha rắn có tính chất trao đổi lớn trong pha rắn với còn có trong dung dịch.

Và quá trình được dùng để tách các kim loại Pb, Zn, Cu, Hg, Cr, Ni, Cd, Mn… hợp chất As, P, CN các chất lỏng phóng xạ khỏi nước thải.  Gọi là quá trình trao đổi ion

Trao  đổi  ion có thể sử dụng với cation và anion hữu cơ hoặc vô cơ.

Tuy nhiên, phần lớn các ứng dụng trao đổi ion đều liên quan đến các loại chất vô cơ vì các loại chất hữu cơ thường đòi hỏi chất tái sinh có nồng độ rất cao hoặc sử dụng các dung môi hữu cơ để khử chất hữu cơ. 

Nói chung, các ion điện tích cao dễ tạo ra các muối bền vững với các chất trao đổi ion so với các ion có điện tích thấp vì các loại có hóa trị cao thường dễ bị khử khỏi dung dịch so với các loại có hoá trị.

Ứng dụng phương pháp trao đổi ion xử lý nước thải

Trao đổi ion thường được ứng dụng cho xử lý nước nhiễm ion kim loại, nước cứng, xử lý nước thải 

a. Để thu hồi axit crômic

Trong các bể xi mạ, cho dung dịch thải axit crômic qua cột trao đổi ion resin cation (RHmạnh) để khử các ion kim loại (Fe, Cr³⁺,  Al,…). Dung dịch sau khi qua cột resin cation có thể quay trở lại bể xi mạ hoặc bể dự trữ.

Do hàm lượng Crôm qua bể xi mạ khá cao (105-120kg CrO₃/m³), vì vậy để có thể trao đổi hiệu quả, nên pha loãng nước thải axit crômic và sau đó bổ sung axit crômic cho dung dịch thu hồi.

b. Đối với nước thải rửa

Đầu tiên cho qua cột resin cation axit mạnh để khử các kim loại. Dòng ra tiếp tục qua cột resin anion kiềm mạnh để thu hồi crômat và thu nước khử khoáng.

Cột trao đổi anion hoàn nguyên với NaOH.

Dung dịch qua quá trình hoàn nguyên là hỗn hợp của Na₂CrO₄ và NaOH. Hỗn hợp này cho chảy qua cột trao đổi cation để thu hồi H₂CrO₄ về bể xi mạ. Axit crômic thu hồi từ dung dịch đã hoàn nguyên có hàm lượng trung bình từ 4-6%. Lượng dung dịch thu được từ giai đoạn hoàn nguyên cột resin cation cần phải trung hoà bằng các chất kiềm hoá, các kim loại trong dung dịch kết tủa và lắng lại ở bể lắng trước khi xả ra cống.

Để khử đi các tạp chất ở trạng thái ion trong nước, phương pháp được dùng nhiều nhất là trao đổi ion.

Phương pháp này có thể khử tương đối triệt để các tạp chất ở trạng thái ion trong nước. Phẩm chất nước thu được còn tốt hơn so với nước cất. Vì vậy, đây là một giai đoạn xử lý nước rất cần thiết để cấp nước cho các nồi hơi.

Ứng dụng phương pháp trao đổi ion xử lý nước cấp

Được sử dụng rộng rãi trong các quá trình xử lý nước thải cũng như nước cấp. Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion thường được sử dụng để khử các muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrat, khử màu, khử kim loại và các ion kim loại nặng và các ion kim loại khác có trong nước.

Ưu điểm Phương pháp trao đổi ion:

– Rất triệt để và xử lí có chọn lựa đối tượng

– Nhựa ion có thời gian sử dụng lâu dài, tái sinh được nhiều lần với chi phí thấp, năng lượng tiêu tốn nhỏ.

– Phương pháp xử lý nước thân thiện với môi trường vì nó chỉ hấp thu các chất sẵn có trong nước.

Hạn chế Phương pháp trao đổi ion:

– Nếu trong nước tồn tại các hợp chất hữu cơ hay ion Fe³⁺, chúng sẽ bám dính vào các hạt nhựa ion, làm giảm khả năng trao đổi ion của nhựa.

– Chi phí đầu tư và vận hành khá cao nên ít được sử dụng cho các công trình lớn và thường sử dụng cho các trường hợp đòi hỏi xử lý cao