رزین تبادل یونی
رزین تبادل یونی یا پلیمر تبادل یونی یک رزین یا پلیمر است که به عنوان یک محیط برای مبادله یون عمل می‌کند. این رزین یک ماتریس نامحلول (یا ساختار نگهدارنده) است که به‌طور معمول در شکل میکرو مهره‌های کوچک (0?25–0?5 میلی‌متر شعاع)، معمولاً سفید یا زرد، ساخته شده از یک بستر پلیمر ارگانیک می‌باشد. دانه‌ها معمولاً متخلخل هستند و مساحت جانبی داخلی و خارجی بالایی ایجاد می‌کنند. به دام افتادن یون‌ها با آزاد شدن یون‌های دیگر همراه است، به همین دلیل به آن فرایند تبادل یون گفته می‌شود. انواع مختلفی از رزین‌های تبادل یونی وجود دارند. اکثر رزین‌های موجود در بازار از پلی استایرن سولفونات ساخته شده‌اند.
رزین‌های تبادل یونی به‌طور گسترده‌ای در فرایندهای جداسازی، تصفیه و ضدعفونی کردن استفاده می‌شود. شایع‌ترین کاربردهای آن رسوب‌زدایی و تصفیه آب است. در بسیاری از کاربردهای این چنینی، رزین‌های تبادل یونی به عنوان یک جایگزین انعطاف پذیرتر به جای استفاده از زئولیت‌های طبیعی یا مصنوعی معرفی شدند. همچنین رزین‌های تبادل یونی در فرایند فیلتراسیون بیودیزل بسیار کاربردی هستند.
انواع رزین
اکثر رزین‌های متداول مورد استفاده بر پایه پلی استایرین اتصال عرضی هستند. نواحی تبادل-یونی واقعی پس از پلیمری شدن ایجاد می‌شوند. به علاوه، در مورد پلی استایرین، اتصال عرضی پس از کوپلیرمریزاسیون استایرین و درصد کمی دی‌واینیل بنزین (divinylbenzene) اتفاق می‌افتد. اتصال عرضی ظرفیت تبادل یونی رزین را کاهش داده و باعث افزایش زمان فرایند تبادل یون می‌شود، اما باعث توانمندی رزین می‌شود. اندازه ذرات نیز از پارامترهای تأثیرگذار در تبادل یون است؛ ذرات کوچکتر باعث بهبود تبادل یون شده اما از طرفی باعث افزایش افت فشار آب در طول مسیر ستون تبادل یون می‌شود.
علاوه بر اینکه رزین‌ها به شکل دانه‌های ریز ساخته می‌شوند، برخی رزین‌ها به شکل ممبران (غشا) نیز ساخته می‌شوند. از ممبران‌های تبادل یونی، که از رزین‌های تبادل یونی اتصال عرضی ساخته شده‌اند و فقط به یون‌ها اجازه عبور می‌دهند، و نه آب، در الکترودیالیز استفاده می‌شود.
4 گونه اصلی از رزین‌ها وجود دارد که در گروه عاملی با هم تفاوت دارند:
_ اسیدی قوی، معمولاً حاوی گروه‌های سولفونیک اسید هستند، برای مثال پلی استایرن سولفونات، یا PolyAMPS.
_ قلیایی قوی، معمولاً حاوی گروه‌های 4 تایی آمینو هستند، برای مثال گروه‌های کاتیون آمونیوم نوع _ _ چهارم.مثال: PolyAPTAC.
_ اسیدی ضعیف، معمولاً حاوی گروه‌های کربوکسیلیک اسید هستند.قلیایی ضعیف، معمولاً حاوی گروه‌های آمینو اولیه، ثانویه و ثالث هستند. مثال: پلی‌اتیلن‌ایمین.
کاربردها
سختی‌گیری آب
در این کاربرد از رزین‌های تبادل یونی برای جایگزین کردن یون‌های منیزیم و کلسیم موجود در آب سخت با یون‌های سدیم استفاده می‌شود. هنگامی که رزین تازه است، حاوی یون‌های سدیم در نقاط فعالش می‌باشد. هنگامی که این رزین با یک محلول حاوی یون‌های منیزیم و کلسیم در تماس قرار می‌گیرد که غلظت یون‌های سدیم آن کم است، یون‌های منیزیم و کلسیم از محلول به محل فعال در رزین منتقل می‌شوند و در محلول با یون‌های سدیم جایگزین می‌شوند. این روند با غلظت بسیار پایین منیزیم و یون کلسیم در محلول نسبت به حالت شروع آن به تعادل می‌رسد.
رزین را می‌توان با شستشوی آن با یک محلول حاوی غلظت بالای یون‌های سدیم احیا کرد (به عنوان مثال مقدار زیادی از نمک معمولی (NaCl) در آن حل شده باشد). یون‌های کلسیم و منیزیم از رزین مهاجرت می‌کنند و با یون‌های سدیم محلول جایگزین می‌شوند تا حالت تعادل تازه ای به دست آید. از نمک برای احیای یک رزین تبادل یونی استفاده می‌شود که خود آن برای سختی‌گیری آب استفاده می‌شود.
خالص سازی آب
در این کاربرد، از رزین‌های تبادل یونی برای حذف یون‌های سمی (به عنوان مثال مس) و فلزات سنگین (به عنوان مثال سرب یا کادمیوم) از محلول استفاده می‌شود و آنها را با یون‌های کم ضررتر مانند سدیم و پتاسیم جایگزین می‌کنند.
رزین‌های تبادل یونی کمی موجودند که می‌توانند کلر یا آلاینده‌های آلی را از آب حذف کنند. این کار معمولاً با استفاده از یک فیلتر کربن فعال شده (زغال) همراه با رزین انجام می‌شود. البته برخی رزین‌های تبادل یونی، مانند رزین‌های تبادل یون مغناطیسی قادر به حذف یون‌های آلی می‌باشند. رزین دستگاه تصفیه آب خانگی معمولاً احیا نمی‌شود - رزین زمانی که دیگر نمی‌تواند استفاده شود، از بین می‌رود.
برای کاربردهای الکترونیک، آزمایش‌های علمی، تولید ابررساناها و صنعت هسته ای و… آب با بالاترین خلوص ممکن مورد نیاز است. چنین آبی را معمولاً با استفاده از فرایندهای تبادل یونی یا ترکیبی از غشا و روش‌های تبادل یونی تولید می‌کنند
تولید شکر
از رزین‌های تبادل یونی برای تولید شکر از منابع مختلف استفاده می‌شود. از این رزین‌ها برای تبدیل یک نوع شکر به نوع دیگری از شکر، بی‌رنگ کردن آن و همچنین خالص سازی شربت شکر استفاده می‌شود.
