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 میکرومهره‌های کوچک (۰٫۲۵–۰٫۵ 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 یونی گفته می‌شود. انواع مختلفی از رزین‌های تبادل یونی وجود دارد. اکثر رزین‌های تجاری 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 پروسه فیلتراسیون بیودیزل بسیار کاربردی هستند.

پدیده تبادل یون برای اولین بار در سال ۱۸۵۰ و به دنبال مشاهده توانایی خاک‌های زراعی در تعویض برخی از یون‌ها مثل آمونیوم با یون کلسیم و منیزم موجود در ساختمان آنها گزارش شد. در سال ۱۸۷۰ با انجام آزمایش‌های متعددی ثابت شد که بعضی از کانی‌های طبیعی به خصوص زئولیت‌ها واجد توانایی انجام تبادل یون هستند. در واقع به رزین‌های معدنی، زئولیت می‌گویند و این مواد یون‌های سختی آور آب (کلسیم و منیزیم) را حذف می‌کردند و به جای آن یون سدیم، آزاد می‌کردند از این رو به زئولیت‌های سدیمی مشهور شدند که استفاده از آن در تصفیه آب مزایای زیادی داشت چون احتیاج به مواد شیمیایی نبود و اثرات جانبی هم نداشتند.

اما زئولیت‌های سدیمی دارای محدودیت‌هایی بودند. این زئولیت‌ها می‌توانستند فقط سدیم را جایگزین کلسیم و منیزیم محلول در آب نمایند و آنیون‌هایی از قبیل سولفات، کلراید و سیلیکات‌ها بدون تغییر باقی می‌ماندند. چنین آبی برای صنایع مطلوب نیست. پس از انجام تحقیقات در اواسط دهه ۱۹۳۰ در هلند زئولیت‌هایی ساخته شد که به جای سدیم فعال، هیدروژن فعال داشتند. این زئولیت‌ها که به تعویض کننده‌های کاتیونی هیدروژنی معروف شدند، سیلیس نداشته و علاوه بر این قادرند همزمان هم سختی آب را حذف کنند و هم قلیائیت آب را کاهش دهند.

برای بهبود تکنولوژی تصفیه آب، گام‌های اساسی در سال ۱۹۴۴ برداشته شد که باعث تولید زرین‌های تعویض آنیونی شد. زرین‌های کاتیونی هیدروژنی تمام کاتیونی آب را حذف می‌کنند و رزین‌های آنیونی تمام آنیون‌های آب را از جمله سیلیس را حذف می‌نمایند، در نتیجه می‌توان با استفاده از هر دو نوع زرین، آب بدون یون تولید کرد. همچنین پژوهشگران دریافتند که سیلیکات آلومینیم موجود در خاک قادر به تعویض یونی می‌باشد. این نتیجه‌گیری با تهیه ژل سیلیکات آلومینیم از ترکیب محلول سولفات آلومینیم و سیلیکات سدیم به اثبات رسید؛ بنابراین اولین رزین مصنوعی که ساخته شد سیلیکات آلومینیم بود؛ و امروزه اکثر زرین‌های تعویض یونی که در تصفیه آب به کار می‌روند رزین‌های سنتزی (مصنوعی) هستند که با پلیمریزاسیون ترکیبات آلی حاصل شده‌اند.

فهرست مطالب:

تعریف و ویژگی کلی رزین‌ های تعویض یونی

تاریخچه رزین ‌های تعویض یونی

انواع رزین‌ های تعویض یونی

رزین‌ های کاتیونی

رزین ‌های آنیونی قوی

رزین ‌های کاتیونی ضعیف

رزین ‌های آنیونی ضعیف

ویژگی‌ های شیمیایی و فیزیکی رزین‌ های تعویض یونی

برگشت ‌پذیری رزین‌ های تعویض یونی

حالت فیزیکی رزین‌ های تعویض یون

گروه یونی ثابت در رزین ‌های مختلف

ضریب گزینش رزین‌ های تعویض یونی

ترتیب علاقه‌ مندی رزین‌ ها به تعویض یون ‌ها

مثال در مورد تعویض یون با توجه به رابطه ضریب گزینش

ظرفیت رزین

روش تعیین ظرفیت جرمی رزین اسیدی قوی

مثال در مورد کاربرد ظرفیت رزین ‌ها

تورم‌ پذیری رزین‌ ها

محدوده pH عملکرد رزین‌ ها

پایداری شیمیایی رزین‌ ها

پایداری گرمایی رزین

ویژگی‌ های فیزیکی مطلوب رزین‌ ها

اقتصاد رزین ‌ها

مقایسه رزین‌ های ضعیف و قوی از نظر راندمان احیا

نشتی ناخالصی‌ ها از رزین‌ ها

چگونه می ‌توان پی به نشتی و نوع آن برد؟

دستگاه تعویض یونی

انواع بسترها در دستگاه‌ های تعویض یون

بستر ثابت

بستر شناور

احیای رزین ‌ها

احیای رزین‌ های کاتیونی اسیدی قوی

مشکلات احیای رزین با H2SO4

احیای رزین‌ های آنیونی

و…