Tại sao phải dùng muối để hoàn nguyên hạt nhựa trong hệ thống lọc nước tinh khiết

Hạt nhựa trao đổi ion trong hệ thống lọc nước tinh khiết là gì?

Hạt nhựa trao đổi ion còn được gọi với cái tên là hạt nhựa làm mềm nước. Hạt nhựa trao đổi ion là vật liệu không hoà tan trong nước. Nó có chứa các ion có khả năng dễ dàng trao đổi với các ion khác trong dung dịch phản ứng với nó. Sự trao đổi này không làm biến đổi tính chất vật lý của vật liệu trao đổi ion.

Mục đích sử dụng  hạt nhựa trao đổi ion trong hệ thống lọc nước tinh khiết  nhằm làm mềm nước hoặc loại bỏ các chất khoáng không cần thiết trong nước.

Cấu tạo của các hạt nhựa trao đổi ion gồm hai phần là gốc của chất trao đổi ion và nhóm ion có thể trao đổi (nhóm hoạt tính).

Chúng được hóa hợp trên cốt cao phân tử, sử dụng  phương pháp tổng hợp hóa học. Các nhà khoa học đã chế tạo được chất trao đổi ion hữu cơ gọi là nhựa trao đổi ion (resin). Nhựa trao đổi ion (resin) được tạo ra từ sự trùng ngưng styren và divinylbenzen (DVB). Phân tử styren tạo nên cấu trúc cơ bản của resin, DVB là những cầu nối giữa các polyme có tính không hòa tan và bền vững. Cầu nối trong resin là cầu nối ba chiều. Cấu trúc của resin là cấu trúc rỗng.

Hạt nhựa chứa các ion có khả năng dễ dàng trao đổi với các ion khác trong dung dịch phản ứng với nó. Sự trao đổi này không làm biến đổi tính chất vật lý của vật liệu trao đổi ion.

 

 
Tính chất vật lý học của hạt nhựa trao đổi ion trong hệ thống lọc nước tinh khiết:
 
Về hình thái, các hạt nhựa trao đổi ion thường ở dạng tròn.

Về độ giãn nở, khi cho hạt nhựa dạng keo ngâm vào trong nước, thể tích của hạt nhựa sẽ tăng dần lên.

Về tính chịu nhiệt, các hạt nhựa trao đổi ion bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ ở mức giới hạn nhất định, vượt quá giới hạn này, hạt nhựa sẽ bị nhiệt phân giải và không sử dụng được. Nhiệt độ cho hạt nhựa hoạt động tốt dao động khoảng từ 20-50^oC.

Về tính dẫn điện, các hạt trao đổi ion ẩm dẫn điện tốt, tính dẫn điện của nó phụ thuộc vào dạng ion.

Về kích thước, hạt nhựa có dạng hình cầu với đường kính khoảng 0.04- 1mm.

Về tính chịu mài mòn vật lý: trong khi vận hành, các hạt trao đổi ion cọ sát lẫn nhau và giãn nở, có khả năng bị vỡ vụn.

Về tính chịu oxy hóa, các chất oxy hóa mạnh có thể làm cho nhựa bị lão hóa (bị trơ).
 

Vì sao phải sử dụng muối tinh để hoàn nguyên hạt nhựa trao đổi ion?

Trong quá trình hoạt động của hệ thống lọc nước tinh khiết, nước  đi qua cột lọc làm mềm nước. Tại đây xảy ra quá trình trao đổi ion hóa làm mềm nước nhờ các hạt cation (cation là hạt chứa ion tích điện dương). Các hạt này sẽ hấp thụ Ca2+ và Mg2+ khiến nước đầu ra sạch, không tồn tại các kim loại nặng, lâu ngày các hạt cation hấp thụ nhiều các kim loại nặng sẽ ở tình trạng quá tải và khả năng hấp thụ các ion Ca2+ và Mg2+ giảm. Đó là lý do vì sao phải thực hiện quá trình hoàn nguyên muối cho các hạt cation. Việc hoàn nguyên là rất cần thiết, đó là quá trình “làm sạch” các ion dương ra khỏi bề mặt vật liệu lọc, giúp vật liệu lọc trở lại trạng thái trao đổi ion gần như ban đầu.
 
Việc hoàn nguyên hạt nhựa trao đổi ion trong hệ thống lọc nước tinh khiết được diễn ra như sau:
 
 Các hạt cation được cấy lên bề mặt ion Na+, các hạt này có khả năng trao đổi với các cation gây độ cứng trong nước là Ca2+, và Mg2+, thay thế các ion này bằng ion Na+. Khi nhựa đã loại bỏ rất nhiều độ cứng từ nước cấp mà không còn ion natri còn lại trên nhựa để thay thế, lúc này cần thực hiện hoàn nguyên hạt nhựa trao đổi ion bằng dung dịch muối.

Sơ đồ hoàn nguyên hạt nhựa trao đổi ion trong hệ thống lọc nước tinh khiết 

 

Phản ứng này xảy ra như sau:
R2Ca + 2 NaCl ↔ 2 RNa + CaCl2
R2Mg + 2 NaCl ↔ 2 RNa + MgCl2

Muối hoàn nguyên ở đây phải là muối tinh khiết hoàn toàn với lưu lượng NaCl đạt 99,5%, hàm lượng các ion khác đều ở mức bằng 0 hoặc gần bằng 0.
 
Hoàn nguyên hạt nhựa trao đổi ion là phương pháp làm đơn giản giúp chúng ta tái sinh lại vật liệu lọc nước trong hệ thống lọc nước tinh khiết, làm sạch các mảng bám, những chất cặn bẩn tích tụ lâu ngày trong máy lọc nước và cũng góp phần làm tăng độ bền của hạt nhựa làm mềm nước. Quá trình hoàn nguyên muối cũng không quá phức tạp, rất dễ dàng thực hiện. Quan trọng hơn là thao tác này rất cần thiết để đảm bảo chức năng lọc của hệ thống lọc nước tinh khiết, tạo ra sản phẩm nước tinh khiết đạt chất lượng cao.