Khám phá phương pháp làm mềm nước cứng bằng hạt nhựa trao đổi ion

Hiện nay, hạt nhựa trao đổi ion là nguyên liệu được ứng dụng khá nh iều trong xử lý nước cứng. Tuy nhiên, không phải ai cũng biết đặc điểm và tính chất của nó ra sao, cách thức hoạt động như thế nào. Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn đọc tìm hiểu rõ hơn về hạt trao đổi ion, đặc biệt là hướng dẫn sử dụng trong việc làm mềm nước cứng.

Hạt nhựa trao đổi ion là gì? Đặc điểm chính

Để hiểu rõ về cách thức xử lý nước cứng bằng phương pháp trao đổi ion, tìm hiểu khái niệm, đặc điểm của nguyên liệu này là điều vô cùng cần thiết.

Chuyên gia lý giải thế nào là hạt nhựa trao đổi ion?

Trao đổi ion được hiểu là một phản ứng hóa học thuận nghịch mà trong đó các ion hòa tan được loại bỏ và thay thế hoàn toàn bởi một ion khác có cùng điện tích.

Trong khi đó, hạt nhựa trao đổi ion (hạt resin) là những hạt nhựa có chứa các ion. Những hạt nhựa này có thể dễ dàng trao đổi với các ion khác có trong dung dịch khi dung dịch chảy qua cột trao đổi cũng như không tan trong nước. Thực tế, bản thân hạt này không tham gia phản ứng hóa học, thay vào đó là môi trường vật lý tạo điều kiện cho các phản ứng trao đổi ion có thể diễn ra.

Về cấu trúc, những hạt trao đổi ion được hình thành bởi các chuỗi hydrocarbon liên kết ngang với nhau trong một quá trình với tên gọi là trùng hợp. Với liên kết ngang, điều này khiến các polymer nhựa có cấu trúc mạnh hơn, đàn hồi hơn và công suất lớn hơn (tùy thuộc vào thể tích).

Về thành phần, đa phần hạt trao đổi ion có chứa polystyrene. Ngoài ra, một số loại được sản xuất từ acrylic (có thể là acrylonitril hoặc metyl acrylat). Nhìn chung, cấu trúc cơ bản của hạt nhựa trao đổi được tạo nên từ các phân tử styren. Đặc tính của chúng là sự bền vững không tan, đây là những cầu nối ba chiều giúp tạo nên cấu trúc rỗng trong các hạt trao đổi ion.

Một số đặc điểm chính

Hạt trao đổi ion sở hữu một số đặc điểm mang tính đặc trưng như sau:

• Các hạt ion có dạng hình cầu, kích thước nhỏ và bán kính từ 0,25 – 1,25mm.
  Màu sắc của các hạt này thường là vàng, nâu đen và thường sẽ mất dần sau một thời gian sử dụng.
• Thể tích của hạt sẽ tăng lên đáng kể sau khi được ngâm vào trong nước.
• Hạt có hai loại gồm độ ẩm khô và độ ẩm ướt với đặc tính có sự khác biệt nhất định.
• Có khả năng chịu được nhiệt độ ở giới hạn nhất định, tuy nhiên thường từ 20 – 50 độ C sẽ cho hiệu quả làm việc tốt nhất. Nếu phải hoạt động ở nhiệt độ quá cao sẽ khiến hạt nhựa bị phân giải.
• Tính dẫn điện của hạt trao đổi ion phụ thuộc vào dạng ion, thường chất trao đổi ion ẩm sẽ dẫn nhiệt tốt hơn.
• Thông thường, hạt nhựa sẽ nhanh bị lão hóa khi tiếp xúc với những chất oxi hóa mạnh.
• Các hạt ion thường dễ vỡ vụn trong quá trình vận hành nếu có sự cọ xát va chạm diễn ra.

Với đặc tính trên, hạt nhựa trao đổi ion thường được sử dụng trong các thiết bị lọc nước, làm mềm nước cứng. Sản phẩm được đánh giá là sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội như thời gian sử dụng lâu dài, dễ dàng lắp đặt và vận hành. Ngoài ra, hạt nhựa còn dễ tái sinh được nhiều lần với chi phí thấp trong khi năng lượng tiêu tốn nhỏ.

Dù vậy, ngoài những ưu điểm vượt trội thì bạn cũng cần cân nhắc nhược điểm của hạt trao đổi ion trong khi sử dụng. Cụ thể nếu trong nguồn nước tồn tại các hợp chất hữu cơ hay ion Fe3+, chúng sẽ bám dính vào các hạt nhựa ion. Điều này làm giảm khả năng trao đổi ion của nhựa. Ngoài ra, sản phẩm cũng chỉ được sử dụng để trao đổi ion, không dùng để lọc các hợp chất hữu cơ hay ion Fe3+.

Hạt trao đổi ion có những loại nào?

Thị trường hạt nhựa trao đổi ion hiện nay khá đa dạng bao gồm nhiều loại như:

• Hạt nhựa trao đổi cation: Loại hạt này có khả năng hút ion dương từ dung dịch điện ly, mang tính acid. Chúng thường được sử dụng phổ biến để làm mềm nước.
• Hạt nhựa trao đổi cation axit mạnh: Sở hữu cấu trúc polystyrene với nhóm chức năng sulphonate (SO 3 – ) được tích điện bằng các ion natri (Na 2+ ) hoặc các ion hydro (H + ) giúp khử khoáng hiệu quả.
• Hạt nhựa trao đổi cation axit yếu: Thành phần hạt nhựa là polyme acrylic đã được thủy phân bằng axit sunfuric để tạo ra các nhóm chức axit cacboxylic. Khi nhóm mang điện tích âm sẽ kết hợp với cation khác trong dụng dịch nên thường được sử dụng để loại bỏ các cation có liên quan đến độ kiềm.
• Hạt nhựa trao đổi anion: Giữ vai trò hút ion âm từ dung dịch điện ly, mang tính kiềm. Bởi thế loại hạt này thường được sử dụng để loại bỏ nitrat hoặc những tạp chất hữu cơ.
• Hạt nhựa trao đổi anion bazo mạnh: Sản phẩm chứa polystyrene đã trải qua quá trình clo hóa và khử amin để cố định các anion vào đúng vị trí trao đổi. Từ đây chúng sẽ hấp thu các điện tích dương kết hợp với anion có trong dung dịch có môi trường pH khác nhau.
• Hạt nhựa trao đổi anion bazo yếu: Được tạo nên từ cấu trúc polystyrene đã bị clo hóa, sau đó khử amin với dimethylamine. Do hạt không có các ion trao đổi nên thường được sử dụng làm chất hấp thụ axit để loại bỏ các anion liên quan đến axit khoáng mạnh.

Cách sử dụng hạt nhựa trao đổi ion làm mềm nước cứng

Thực tế, sản phẩm này có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong đó hiện nay, nhiều gia đình, công ty đang sử dụng hệ thống làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion với cấu tạo gồm:

• Cột lọc Composite: Chi tiết này được thiết kế với kích thước phù hợp với nhu cầu và công suất hoạt động. Nó được chế tạo bằng sợi thủy tinh tổng hợp composite có độ bền cao và chịu được sự ăn mòn.
• Bộ phận điều khiển: Tương tự cũng có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, hoạt động tự động.
• Bình chứa muối tái sinh: Được tạo nên từ vật liệu nhựa cao cấp, chịu được sự ăn mòn của muối mặn.

Quy trình hoạt động của hệ thống vô cùng đơn giản. Bạn cần tiến hành bơm nước nguồn vào cột lọc có chứa các vật liệu lọc là những hạt trao đổi ion với áp suất từ 1,5 – 2,5 bar. Quá trình trao đổi ion sẽ xảy ra trong cột lọc, giúp loại bỏ những cation Ca2+, Mg2+ có trong nước.

Khi quá trình này diễn ra hoàn tất, các hạt nhựa bị bão hòa với các ion khoáng chất sẽ được rửa đồng thời tái tạo lại nhờ muối bão hòa. Tiếp theo, dung dịch muối bão hòa sẽ giúp bổ sung cation Na+ cho vật liệu lọc và loại bỏ các cation Ca2+, Mg2+ và xả chúng ra ngoài qua đường nước xả.

Hiểu theo cách đơn giản hơn, các kim loại mạnh cation Ca2+, Mg2+ có trong nước đi qua cột lọc sẽ được các vật liệu lọc hấp thu. Đồng thời nó cũng nhả ra các cation có khả năng tạo các hợp chất cacbonat tan, nhờ đó giúp loại bỏ canxi và Magie ra khỏi nước.

Có thể thấy rằng, hiện nay các mạch nước nguồn thường được sử dụng trực tiếp cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày đang dần dần bị ô nhiễm nghiêm trọng. Để giải quyết vấn đề này, sử dụng hạt nhựa trao đổi ion là một trong những phương pháp tối ưu hơn cả. Hiện nay, nguyên tố này được ứng dụng phổ biến trong các hệ thống lọc nước nên bạn đọc có thể tìm mua, sử dụng cho gia đình mình.