O que são resinas de troca iônica?
A troca iônica é usada no tratamento de água, incluindo amaciamento de água, desmineralização industrial, produção de água ultrapura e tratamento de água residual. Tem utilidade especial em síntese química, manufatura, processamento de alimentos, mineração, geração de energia, agricultura e uma variedade de aplicações e outras indústrias.
Fundamentalmente, o processo de troca iônica funciona da seguinte maneira: uma solução passa através ou sobre resinas de troca iônica, que contêm íons móveis ou trocáveis. No processamento de água, a troca iônica normalmente remove a dureza em aplicações de abrandamento e todos os íons dissolvidos na desmineralização. A troca iônica também é usada para remover nitrato, cromato, arsênico e outros contaminantes específicos da água potável.
Os processos de troca iônica podem ser conduzidos em modo contínuo ou em lote. Os processos contínuos de troca iônica ocorrem em uma coluna ou vaso contendo um leito profundo de resina de troca iônica. Quando a capacidade da resina se esgota, as resinas são regeneradas.
Estrutura e características das resinas de troca iônica
As principais características químicas das resinas de troca iônica incluem:
- Capacidade: O número de locais disponíveis para troca iônica (capacidade total) ou a medida do desempenho útil obtido com a resina quando ela está operando em uma coluna sob um conjunto de condições prescritas (capacidade operacional).
- Inchaço: A hidratação dos grupos iônicos fixos que aumenta com o aumento da capacidade até os limites impostos pela rede polimérica da resina.
- Seletividade: A afinidade de uma resina por um íon; a seletividade é determinada pela carga do íon e pelo tamanho da forma hidratada do íon.
- Cinética: A velocidade da troca iônica.
- Estabilidade: A tendência ou taxa de degradação.
Principais tipos de resinas de troca iônica:
As resinas de troca iônica são identificadas pelo grupo funcional ao qual pertencem. As resinas são classificadas convencionalmente como:
Resinas de troca catiônica:
- Fortemente Ácida (SAC): caracterizado por sua capacidade de trocar cátions ou dividir sais neutros; eles são úteis em toda a faixa de pH.
- Fracamente Ácido (WAC): Possui alta afinidade com o íon hidrogênio e, portanto, é facilmente regenerado com ácidos fortes; eles exibem uma alta capacidade para os metais alcalino-terrosos associados à alcalinidade e uma capacidade mais limitada para os metais alcalinos.
Resinas de troca aniônica:
- Fortemente básica (SBA)
Tipo 1: O grupo funcional mais fortemente básico disponível com a maior afinidade para os ácidos fracos, como ácido silícico e ácido carbônico, que estão comumente presentes durante um processo de desmineralização de água; a eficiência de regeneração da resina para a forma de hidróxido é um pouco menor do que o Tipo 2.
Tipo 2: Tem uma basicidade menor do que a da resina Tipo 1, mas é alta o suficiente para remover os ânions fracos para a maioria das aplicações; a estabilidade química não é tão boa quanto a das resinas Tipo 1, favorecidas para aplicações em altas temperaturas; a eficiência de regeneração de uma resina Tipo 2 é consideravelmente maior do que a do Tipo 1.
- Fracamente básica (WBA): Contém funcionalidades de amina terciária, que atuam como adsorventes de ácido; capazes de sorver ácidos fortes com alta capacidade e são prontamente regenerados com cáustica; particularmente eficaz quando usado em combinação com um ânion de base forte, fornecendo uma alta capacidade operacional geral e eficiência de regeneração.
- Grupos químicos especiais, como resinas quelantes para a indústria hidrometalúrgica, que são particularmente aplicáveis para a troca seletiva de vários metais pesados de soluções de metais alcalino-terrosos e alcalinos.
- Adsorventes: Usados para remoção de compostos orgânicos em muitas indústrias, como bioprocessamento e aplicações como tratamento de águas residuais.
Estrutura e características das resinas de troca iônica
Abrandador (resina de troca iônica catiônica)
O abrandador é constituído por um vaso de pressão com resina catiônica (trocador iônico).
O abrandador é normalmente utilizado para o tratamento de água de indústrias, residências, hotéis/motéis e laboratórios. A utilização mais comum seria para o tratamento de água das caldeiras (baixa/média pressão), aquecedores a gás e torres de resfriamento.
O abrandador tem como objetivo retirar os íons Cálcio (Ca+2) e Magnésio (Mg+2) da água e substituí-los pelo íon Sódio (Na+), o qual é solúvel em água.
A dureza é uma característica conferida à água devido a presença dos íons Cálcio (Ca+2) e Magnésio (Mg+2).
A função do abrandador é retirar, portanto, a dureza da água. A eficiência pode ser verificada via análise laboratorial.
A dureza precisa ser retirada da água, pois pode ocasionar incrustações nos equipamentos (caldeiras, aquecedores a gás e torres de resfriamento).
Após um determinado tempo de trabalho (campanha) é necessário renovar a capacidade das resinas de reter os íons Cálcio (Ca+2) e Magnésio (Mg+2), para isso será necessário realizar a regeneração.
A regeneração seria o procedimento de dosagem do regenerante (solução de salmoura NaCl na concentração de 10 – 26%) na resina catiônica.
A salmoura é obtida diluindo o sal grosso isento de iodo na água abrandada. A diluição é feita no tanque de preparo.
Desmineralizador por troca iônica (resinas de troca iônica catiônicas e aniônicas)
O desmineralizador por troca iônica é constituído por um vaso de pressão com resina catiônica e um vaso de pressão com resina aniônica, ou ainda um sistema que consiste por um único vaso tendo resina catiônica e resina aniônica juntas, denominado leito misto.
O desmineralizador por troca iônica normalmente é utilizado para o tratamento de água de indústrias, residências, hotéis/motéis e laboratórios. A utilização mais comum seria o tratamento das águas das caldeiras (média/alta pressão), aquecedores a gás, torres de resfriamento, água para fabricação de produtos cosméticos, farmacêuticos, entre outros produtos finais, água para limpeza de peças em galvanoplastia, água para limpeza de circuitos eletrônicos (placas de computador,
celulares, entre outros), água para testes laboratoriais, entre outros fins.
O trocador catiônico (vaso com a resina catiônica) tem como objetivo retirar os íons Sódio (Na+), Cálcio (Ca+2) e Magnésio (Mg+2) entre outros cátions que estejam presentes na água e substituí-los pelos íons Hidrogênio (H+).
O trocador aniônico (vaso com a resina aniônica) tem como objetivo retirar os íons Sílica (SiO-2), Sulfato (SO-4), Cloreto (Cl-) entre outros ânions que estejam presentes na água e substituí-los pelos íons Hidroxila (OH-).
Em termos gerais, as resinas de troca iônica retiram os sais minerais da água para com isso diminuir a condutividade.
A condutividade é um parâmetro que possui referência com os sólidos totais dissolvidos (STD). Os sólidos totais dissolvidos seriam os íons (cátions e ânions) presentes na água.
A função de desmineralizador por troca iônica é reduzir a condutividade da água.
A condutividade da água deve ser reduzida para evitar: incrustações nos equipamentos (caldeiras, aquecedores a gás e torres de resfriamento), reações químicas indesejáveis nos testes laboratoriais, nos produtos cosméticos e farmacêuticos, incrustações nas placas eletrônicas e nas peças metálicas entre outros.
Após um determinado tempo de trabalho (campanha) é necessário renovar a capacidade das resinas em reter os cátions e ânions e para isso será necessário realizar a regeneração das resinas.
A regeneração é o procedimento de dosagem do regenerante nas resinas de troca iônica:
# para o trocador catiônico (resinas catiônicas): regenerantes indicados pelo fabricante, solução de ácido clorídrico (HCl) com a concentração de 4 a 8% ou ácido sulfúrico (H2SO4) com a concentração de 1 a 8%.
A solução de ácido clorídrico é obtida diluindo o ácido clorídrico (solução a 32%) na água desmineralizada. A diluição é feita no tanque de preparo.
# para o trocador aniônico (resinas aniônicas): regenerante indicado pelo fabricante, solução de hidróxido de sódio (Soda Caustica – NaOH) na concentração de 2 a 5%.
A solução de hidróxido de sódio é obtida diluindo o hidróxido de sódio (soda caustica a 50%) na água desmineralizada. A diluição é feita no tanque de preparo.
Referências
www.dupont.com.br
