การใช้งาน สารกรองเรซิ่น (Ion Exchange Resin)

สารกรองเรซิ่น (Ion Exchange Resin) เป็นสารแลกเปลี่ยนไอออนที่สังเคราะห์ขึ้นโดยกระบวนการทางเคมี มีลักษณะเป็นเม็ดกลม ๆ ขนาดเล็ก (โดยทั่วไปขนาด 0.3 - 1.2 มม.)

ประโยชน์ของกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออน

กำจัดความกระด้างของน้ำในกระบวนการผลิตน้ำอ่อน ความกระด้างจะก่อให้เกิดตะกรันในผนังท่อระบบเส้นท่อจ่ายน้ำ หม้อไอน้ำ (Boiler) เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat exchanger) และหอหล่อเย็น (Cooling tower) ซึ่งทำให้การแลกเปลี่ยนความร้อนแย่ลง แล้วอัตราการไหลของน้ำแย่ลง
ใช้ในการผลิตน้ำ DI
ใช้ลดสีในกระบวนการกลั่นน้ำตาล Credit
กำจัดเกลือแร่ในน้ำ

โครงสร้างของสารกรองเรซิ่น (Ion Exchange Resin)

ประกอบด้วย 2 ส่วน คือ 1. ส่วนโครงร่าง และ 2. หมู่ฟังก์ชั่นที่มีประจุไฟฟ้า

ส่วนประกอบของเรซิ่นชนิด Polystyrene - DVB

1. ส่วนโครงร่างจะเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่เรียงต่อกันเป็น เส้นยาว (Styrene) และไฮโดรคาร์บอนที่เชื่อมประสาน (Divinyl benzene) ที่ประสานกันระหว่างเส้นยาวหลาย ๆ เส้น ทำให้โครงร่างเป็นสามมิติ มีความโปร่งและรูพรุน คงรูปร่างอยู่ได้ ไม่แตกหักง่าย ไม่ละลายน้ำ ส่วนที่เป็นโครงร่างทั้งหมดนี้จะไม่มีประจุไฟฟ้า

2. หมู่ฟังก์ชั่นที่มีประจุไฟฟ้า (Functional Group) เป็นตัวกำหนดพฤติกรรมต่าง ๆ ของเรซิ่น เช่น ความสามารถหรือประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนไอออน หมู่ไอออนจะเกาะติดอยู่กับโครงร่างและไม่เคลื่อนที่ ทำให้เรซิ่นมีประจุบวกหรือลบประจำตัว เช่น

ถ้าหมู่ไอออนที่จับบนเรซิ่นเป็น ซัลโฟนิก (SO³^-) หรือคาร์บอกซิลิก (COO^-) ทำให้เรซิ่นมีประจุลบประจำตัว และเรียกว่า Cationic resin ซึ่งใช้ในการกำจัดไอออนบวกออกจากน้ำ

ถ้าหมู่ไอออนที่จับบนเรซิ่นเป็น เอมีน เช่น RRNH²⁺ ทำให้เรซิ่นมีประจุบวกประจำตัว และเรียกว่า Anionic resin สามารถใช้ในการกำจัดไอออนลบออกจากน้ำ

โครงร่างไฮโดรคาร์บอนและหมู่ฟังก์ชั่นที่มีประจุไฟฟ้า จับตัวกันเป็นส่วนประกอบหลักของเรซิ่น แต่จะมีไอออนอิสระที่มีประจุตรงกันข้าม มาทำให้เรซิ่นเป็นกลาง เรซิ่นที่ยังไม่ผ่านการใช้งานจะมี H⁺, Na⁺, Cl^-, OH^- ตัวใดตัวหนึ่งเป็นไอออนอิสระ โดยไอออนอิสระนี้จะจับอยู่กับหมู่ไอออนของเรซิ่นอย่างชั่วคราว เป็นไอออนที่เคลื่อนที่ได้ และพร้อมที่จะแลกเปลี่ยนกับไอออนอื่นที่ต้องการกำจัดออกจากน้ำ

สารกรองเรซิ่นแบ่งได้ 4 ชนิด คือ

- เรซิ่นแบบกรดแก่ (strong acidic cationic resin)

- เรซิ่นแบบกรดอ่อน (weak acidic cationic resin)

- เรซิ่นแบบด่างแก่ (strong basic anionic resin)

- เรซิ่นแบบด่างอ่อน (weak basic anionic resin)

การเลือกใช้เรซิ่นในการแลกเปลี่ยนไอออนขึ้นอยู่กับคุณภาพน้ำ/สารละลาย และวัตถุประสงค์ของการใช้งาน
หลักการเลือกเรซิ่น

1. ประจุบวก 1 จะถูกจับได้ยากกว่า ประจุบวก 2

2. น้ำหนักโมเลกุลที่ต่ำกว่า จะถูกจับได้ยากกว่า เช่น Ca²⁺ น้ำหนักโมเลกุล 40.1 จะแย่ง Na⁺ (ในเรซิ่น) ได้ดีกว่า Mg²⁺ น้ำหนักโมเลกุล 24.3

Selectivity

Cationic exchanger

Ra²⁺> Ba²⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺ > K⁺ > NH₃⁺ > Na⁺ > Li⁺ > H⁺

Anionic exchanger

SO₄^2- > NO₃^2-> CO₃^2- > HCO₃^- > Cl^- > OH^-

การฟื้นฟูสภาพ (Regeneration)

การฟื้นฟูสภาพ หมายถึง การทำให้เรซิ่นที่ผ่านการใช้งานไปแล้วกลับฟื้นตัวขึ้นมามีประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนไอออนใหม่อีก การที่เรซิ่นหมดประสิทธิภาพ (ชั่วคราว) เป็นเพราะว่าไอออนอิสระส่วนใหญ่ใน เรซิ่นถูกนำไปแลกเปลี่ยนกับไอออนอื่นในน้ำจนหมด การทำรีเจนเนอเรชั่นได้แก่ การชะล้างไอออนในเรซิ่นที่แลกมาจากน้ำ (backwash) และเติมไอออนอิสระให้กับเรซิ่น ทำให้เรซิ่นกลับสู่สภาพเดิม และมีประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนไอออนอีกครั้งหนึ่ง สารเคมีที่ใช้เติม ไอออนอิสระให้กับเรซิ่น ที่ผ่านการใช้งานไปแล้วเรียกว่า สารรีเจนเนอแรนต์ (regenerant) ตัวอย่างของสารรีเจอเนอแรนต์ ได้แก่ NaCl ซึ่งใช้เติม Na⁺ หรือ Cl^- ให้กับเรซิ่น หรือ H₂SO₄ ซึ่งใช้เติม H⁺ ให้กับเรซิ่น หรือ HCl ซึ่งใช้เติม H⁺ ให้กับเรซิ่น เป็นต้น

ประสิทธิภาพในการทำรีเจนเนอเรชั่น (regeneration efficiency) หมายถึง อัตราส่วนระหว่าง จำนวนสมดุลของไอออน ในเรซิ่นที่ใช้งานแล้ว และจำนวนสมดุลของไอออนในสารรีเจนเนอแรนต์ ที่นำมาแลกเปลี่ยน ถ้ามีประสิทธิภาพเท่ากับ 100 % หมายความว่า ไอออนที่แลกเปลี่ยนระหว่างกัน ของสารรีเจนเนอแรนต์ กับของเรซิ่นที่ผ่านการใช้งานแล้วมีจำนวนเท่ากัน อย่างไรก็ตาม โดยปกติแล้วการแลกเปลี่ยน ไอออน จากเรซิ่นที่ผ่านการใช้งานแล้วมักต้องใช้ไอออนจำนวนมากว่าสารรีเจนเนอแรนต์ กล่าวคือ ประสิทธิภาพในการ ทำรีเจนเนอเรชั่นมักมีค่าไม่ถึง 100 %

ทำน้ำให้ใสก่อนการแลกเปลี่ยนไอออน

เพื่อยืดอายุการใช้งานของเรซิ่น เรซิ่นมีหน้าที่ในการกำจัดสารละลายน้ำที่อยู่ในรูปของไอออนต่าง ๆ เท่านั้น ผู้ใช้ไม่ควรใช้เรซิ่นทำหน้าที่แทน สารกรองน้ำเป็นอันขาด น้ำที่ผ่านเข้าถังเรซิ่นจึงควรเป็นน้ำใสที่มีความขุ่น หรือ ตะกอนแขวนลอย หรือ แก๊สละลายน้ำ หรือ น้ำมัน ลอยอยู่น้อยที่สุด สารปนเปื้อนต่าง ๆ ดังกล่าว ทำให้อายุของเรซิ่นสั้นกว่าที่ควรจะเป็น ไม่เหมาะสำหรับการใช้กรองสารละลายที่มีค่า TDS ความเข้มข้นสูงกว่า 500 มิลลิกรัม/ลิตร เพราะต้นทุนสารเคมีในการดูแลระบบจะค่อนข้างสูง ควรพิจารณาใช้ควบคู่กับระบบ reverse osmosis หรือ electrolysis ในกรณีที่น้ำดิบได้มา จากแหล่งน้ำผิวดินจะต้องกำจัด ตะกอนแขวนลอยต่าง ๆ ออกจากน้ำด้วยกระบวนการต่าง ๆ เช่น โคแอกกูเลชั่น การตกตะกอน การกรอง เป็นต้น เสียก่อนจึงจะส่งผ่านน้ำเข้าถังเรซิ่นได้ คลอรีน หรือ ออกซิไดซิงเอเจนต์ อื่น ๆ อาจทำลายเรซิ่นบางชนิดได้ โดยเฉพาะประเภทกรดอ่อน หรือด่าง ทำให้ไม่สามารถแลกเปลี่ยนไอออนได้

<< ย้อนกลับ