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이온교환수지
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대부분 이온 교환 수지는 이온 교환 능력을 회복하기 위해 재생될 수 있습니다. 이온 교환 수지 재생은 화학적 재생 용액을 적용하여 달성됩니다. 재생을 통해 이온 교환 수지는 일관된 결과를 제공하고 긴 서비스 수명을 가질 수 있습니다.
이온 교환 수지는 다양한 분리, 정화 및 오염 제거 공정에 널리 사용됩니다. 가장 일반적인 예로는 물 연화 및 정수가 있습니다. 그 외에도 금속 분리, 설탕 제조, 바이오 의약품, 주스 정제 등에 사용될 수 있습니다.
이온교환수지는 일반적으로 4부분 구조로 구성됩니다.
1. 불용성 매트릭스:
수지 비드의 핵심은 유기 폴리머로 만들어진 강력한 3차원 네트워크입니다. 폴리스티렌이 가장 일반적으로 사용되는 재료이지만 아크릴산 및 페놀-포름알데히드와 같은 다른 재료도 사용할 수 있습니다. 이 스캐폴드는 수지 비드에 대한 구조적 지지를 제공하며 물에 완전히 녹지 않습니다.
2. 가교:
개별 폴리머 사슬은 붕괴를 방지하고 비드 전체에 기공을 생성하기 위해 다양한 지점에서 서로 연결됩니다. 디비닐벤젠(DVB)은 일반적으로 가교제로 사용되어 더 단단한 구조를 만들고 비드의 기계적 강도를 증가시킵니다. 가교 정도는 기공의 크기와 이온이 수지 비드에 들어오고 나갈 수 있는 속도에 영향을 미칩니다.
3. 기능 그룹:
화학 그룹은 이온 교환 과정을 담당하는 폴리머 매트릭스에 부착됩니다. 이러한 작용 그룹은 포획하도록 설계된 이온과 반대되는 이온 전하를 갖습니다. 예를 들어, 양이온 교환 수지에는 양전하 양이온(나트륨 Na+와 같은)을 끌어당기는 음전하 작용 그룹(설폰산 -SO3- 그룹과 같은)이 있습니다. 음이온 교환 수지에는 음전하 음이온(염소 Cl-와 같은)을 끌어당기는 양전하 작용 그룹(4차 암모늄 -N(CH3)3+ 그룹과 같은)이 있습니다.
4. 기공 구조:
수지 비드 내부의 기공은 용액의 이온이 작용기와 접촉할 수 있도록 합니다. 기공 구조에는 두 가지 주요 유형이 있습니다.
●미세다공성(겔형) 수지:
이러한 레진은 비드 전체에 작은 기공의 조밀한 네트워크를 가지고 있습니다. 기공의 크기는 레진 비드에 들어갈 수 있는 이온의 크기를 제한합니다.
●거대 다공성(거대망상) 수지:
이러한 수지는 더 큰 이온을 수용할 수 있는 더 큰 기공을 가진 더 개방적인 구조를 가지고 있습니다. 또한 더 높은 효과적인 표면적을 가지고 있어 더 빠른 이온 교환 동역학을 가능하게 합니다.
재생 주기의 기본 단계는 다음과 같습니다.
1. 역세척.
역세척은 CFR에서만 수행되며, 수지를 헹구어 부유 고형물을 제거하고 압축된 수지 비드를 재분배하는 것을 포함합니다. 비드를 교반하면 수지 표면에서 미세 입자와 침전물을 제거하는 데 도움이 됩니다.
2. 재생제 주입
재생제 용액은 수지와 충분한 접촉 시간을 허용하기 위해 낮은 유량으로 IX 컬럼에 주입됩니다. 재생 프로세스는 음이온 수지와 양이온 수지를 모두 수용하는 혼합층 장치의 경우 더 복잡합니다. 예를 들어 혼합층 IX 연마에서는 먼저 수지를 분리한 다음 가성 재생제를 적용하고 그 다음에 산 재생제를 적용합니다.
3. 재생 변위.
재생제는 희석수를 천천히 주입하여 점진적으로 씻어내는데, 일반적으로 재생제 용액과 같은 유속으로 주입합니다. 혼합층 장치의 경우 각 재생제 용액을 적용한 후 변위가 발생하고, 그런 다음 수지를 압축 공기나 질소와 혼합합니다. 이 "저농도 헹굼" 단계의 유속은 수지 비드가 손상되지 않도록 주의해서 관리해야 합니다.
4. 헹굽니다.
마지막으로, 수지는 서비스 사이클과 동일한 유량으로 물로 헹궈집니다. 헹굼 사이클은 목표 수질 수준에 도달할 때까지 계속되어야 합니다.
1. 양이온교환수지
공식:
R은 산성이다
양이온 교환법은 물의 경도를 제거하지만 물에 산성도를 유발하는데, 이 산성도는 물 처리의 다음 단계에서 음이온 교환 공정을 통해 추가로 제거됩니다.
반응:
R-하이드록시코일 + M+ = R-하이드록시코일 + H+.
2. 음이온교환수지
공식:
"R4+OH를 선택하세요"
종종 이것들은 수지 매트릭스의 필수 부분으로 4차 암모늄 양이온을 함유하는 스티렌-비닐벤젠 공중합체 수지이다.
반응:
"R4+OH" + HCl = "R4+Cl" + H2O.
음이온 교환 크로마토그래피는 이 원리를 이용해 혼합물이나 용액에서 물질을 추출하고 정제합니다.
1. 사용하지 않은 새 수지는 5~40°C의 빛이 들어오지 않는 건조하고 시원한 곳에 보관해야 합니다.
●수지 포장은 수지 수분 손실을 방지하기 위해 양호한 상태를 유지해야 합니다.
●보관 온도가 물의 빙점보다 낮으면 수지가 얼어 결국 파손됩니다.
●산화제나 기타 불순물과의 접촉을 피하세요.
2. 사용된 수지의 장기 이온교환수지 보관 계획
수지 보관의 주요 목적은 수분을 유지하고 동결을 방지하는 것입니다. 여름에는 건조한 컬럼의 수분 손실을 방지하기 위해 수지층 위의 액체 수준을 유지하는 데 주의하십시오. 수지는 장기간 정지 또는 겨울철 실내 온도가 0°C 미만인 경우 현장 조건에 따라 보관해야 합니다.
수지를 수지 컬럼에서 보관을 위해 철통으로 내보내는 경우, 수지를 NaCl 용액에 담가두면 박테리아 발생과 수지 동결을 방지할 수 있습니다.
NaCl 농도와 빙점 사이의 관계는 다음 표를 참조할 수 있습니다.
농도 NaCl
| 5%
| 10%
| 15%
| 20%
| 23.50%
|
빙점
| -3 Ｖ
| -7 Ｖ
| -10.8 파운드
| -16.3 인치
| -21.2 파운드
|
수지를 장기간 보존하기 위해 수지 컬럼에 넣는 경우, NaOH 용액을 침지하는 것이 좋습니다. 주로 소금 용액이 장비에 심각한 부식을 일으키기 때문입니다. NaOH 농도와 빙점 사이의 관계는 다음 표를 참조할 수 있습니다.
집중
| 5%
| 8%
| 16%
| 18%
| 23.50%
|
빙점
| -5 파운드
| -10도
| -15도
| -20도
| -21.2 파운드
|
●
역삼투와 이온교환의 비교
1. 효율성과 효과성
물 처리에 관해서는 역삼투(RO)와 이온 교환이 모두 인기 있는 방법입니다. RO는 용해된 고형물, 중금속, 박테리아를 포함한 광범위한 오염 물질을 제거하는 데 매우 효과적입니다. 반면, 이온 교환은 물의 경도를 유발하는 칼슘과 마그네슘과 같은 특정 이온을 제거하는 데 특히 효율적입니다. 두 방법 중 어떤 것을 선택할지는 직면한 특정 수질 문제에 따라 달라집니다.
2. 비용 분석
비용 측면에서 역삼투 시스템은 복잡한 여과 과정으로 인해 처음에 비용이 더 많이 드는 경향이 있습니다. 그러나 유지 관리가 덜 필요하고 장기적으로 운영 비용이 낮습니다. 이온 교환 시스템은 초기 비용이 낮을 수 있지만 정기적인 수지 교체가 필요하기 때문에 시간이 지남에 따라 유지 관리 비용이 더 많이 들 수 있습니다.
3. 유지관리 요구사항
RO 시스템은 일반적으로 이온 교환 시스템에 비해 유지 관리가 덜 필요합니다. RO 멤브레인은 주기적인 세척 및 교체가 필요한 반면, 이온 교환 수지는 정기적인 재생 또는 교체가 필요합니다. 유지 관리 빈도와 비용은 수질, 사용 및 시스템 설계와 같은 요인에 따라 달라집니다.
결론적으로 역삼투와 이온 교환은 모두 장점이 있으며 다양한 시나리오에서 효과적입니다. 사업이나 가정에 가장 적합한 방법을 선택하기 전에 특정 수처리 요구 사항, 예산 및 유지 관리 기능을 평가하는 것이 필수적입니다.
●역삼투와 이온교환 선택 시 고려해야 할 요소
물 처리 시스템에 관해서는 두 가지 인기 있는 방법은 역삼투(RO)와 이온 교환입니다. 둘 다 장단점이 있으므로 결정을 내리기 전에 몇 가지 요소를 고려하는 것이 중요합니다.
고려해야 할 첫 번째 요소는 처리해야 할 물의 품질과 구성입니다. 역삼투는 박테리아, 바이러스 및 용해된 고형물과 같은 불순물을 제거하는 데 매우 효과적입니다. 깨끗하고 순수한 식수를 생산할 수 있습니다. 반면, 이온 교환은 경도를 유발하는 칼슘 및 마그네슘과 같은 미네랄을 제거하는 물 연화에 더 적합합니다.
주요 관심사가 물 공급원에서 불순물을 제거하는 것이라면 역삼투가 더 나은 선택일 수 있습니다. 그러나 경수 문제를 다루고 있다면 이온 교환은 스케일 축적을 제거하고 물의 맛을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.
처리 방법을 결정하기 전에 물을 테스트하고 특정 요구 사항을 이해하는 것이 중요합니다. 물 처리 전문가와 상담하면 상황에 가장 적합한 방법에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수도 있습니다.
1. 역세척:
물이나 소금물을 수지층을 통해 위쪽으로 흘려보내면 구슬이 팽창하고 느슨해지면서 오염물질이 씻겨나갑니다.
2. 재생:
이 단계에서는 수지 비드에 흡착된 이온을 제거하여 추가 교환이 가능한 용량을 회복합니다.
사용되는 구체적인 재생제는 이온교환수지의 종류와 제거하려는 이온의 종류에 따라 달라집니다.
3. 헹구기:
재생 후, 수지층을 물이나 소금물로 철저히 헹구어 잔류 재생제 용액을 제거합니다.
4. 화학 세척:
수지에 유기 또는 무기 오염 물질이 심하게 묻어 있는 경우, 화학 세척제를 이용해 추가로 세척해야 할 수도 있습니다.
5. 폐기:
수지가 고갈되어 더 이상 효과적으로 재생할 수 없게 되면, 적절히 폐기해야 합니다.
양이온교환수지(수질 연화제): 평균적으로 3~5년이지만, 제대로 관리하면 최대 10년까지 사용할 수 있습니다.
음이온교환수지: 평균적으로 4~6년이지만, 제거되는 오염물질에 따라서는 더 빨리 용량이 손실될 수 있습니다.
이온 교환 공정에서 수지가 효과적으로 작동하지 않게 되는 데에는 여러 가지 이유가 있습니다. 가장 흔한 이유는 다음과 같습니다.
피로:
이것이 가장 흔한 이유입니다. 시간이 지남에 따라 수지가 유입수와 이온을 교환함에 따라 표적 이온을 결합하는 용량이 포화됩니다. 오염 물질에 대한 사용 가능한 "결합 부위"가 고갈되기 때문입니다.
파울링:
유기물질이나 콜로이드와 같은 일부 오염 물질은 수지 비드를 물리적으로 막아, 대상 이온과 접촉하지 못하게 할 수도 있습니다.
열적 저하:
고온은 수지의 폴리머 구조를 손상시켜, 화학적 성질을 변화시키고 이온 결합 능력을 감소시킬 수 있습니다.
부적절한 재생:
재생이 효과적이지 않거나 재생 용액과의 접촉이 불충분하면 일부 대상 이온이 수지에 결합되어 이후 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
수지 손실 또는 마이그레이션:
어떤 경우에는 수지 비드가 분해되거나 시스템 밖으로 누출될 수 있는데, 특히 기계적 장애나 부적절한 역세척 절차로 인해 이런 현상이 나타납니다.
화학 공격:
염소나 강산과 같은 공격적인 화학 물질에 노출되면 수지의 폴리머 사슬이 파손되어 구조 및 이온 교환 성능이 저하될 수 있습니다.
네, 특정 상황에서는 이온 교환 수지를 재사용할 수 있습니다! 일반적으로 그렇게 하는 것이 좋은 관행입니다. 수지는 비쌀 수 있고 재사용하면 폐기물이 줄어들기 때문입니다. 그러나 몇 가지 요인이 있습니다.
기억해야 할 사항:
●재생 효과는 사이클마다 감소할 수 있습니다. 따라서 기술적으로 수지를 여러 번 재사용할 수 있지만 용량과 효율성은 점차 감소할 수 있습니다.
●재생 과정 자체는 성공하려면 유량, 농도, pH와 같은 요인을 신중하게 제어해야 합니다. 부적절한 재생은 수지를 손상시킬 수 있습니다.
●특정 수지 유형 및 용도에 맞게 제조업체의 권장 사항을 따르는 것이 중요합니다.
소량(몇 킬로그램)의 경우: 비특수 레진의 경우 킬로그램당 $50~200을 지불할 것으로 예상하세요. 특수 또는 고성능 레진은 훨씬 더 비쌀 수 있습니다.
대량 구매(몇 톤 이상)의 경우, 특정 수지와 협상에 따라 가격이 킬로그램당 20~100달러 또는 그 이하로 떨어질 수 있습니다.
재생용 화학물질: 처리된 물 1갤런당 0.05~0.50달러.
노동비: 시간당 20~50달러.
폐기물 처리: 사용된 수지 1톤당 100~500달러.
네, 이온 교환 수지는 물에서 철분을 효과적으로 제거할 수 있습니다. 주거 및 산업용 수처리 응용 분야에서 모두 사용되는 일반적인 방법입니다. 작동 방식은 다음과 같습니다.
수지 비즈는 작은 자석처럼 작용합니다.
이들은 양전하 이온, 일반적으로 나트륨 또는 수소로 가득 차 있습니다. 이 이온들은 물 속의 음전하 철 이온에 끌립니다.
이온 교환은 다음과 같이 발생합니다.
물이 수지층을 통과할 때, 철 이온은 수지 비드의 나트륨 또는 수소 이온과 자리를 바꿉니다. 이 과정은 물에서 철을 제거하고 무해한 나트륨 또는 수소 이온으로 대체합니다.
재건:
수지가 철분으로 포화되면 재생이 필요합니다. 이는 일반적으로 농축된 소금 용액으로 수지를 플러싱하여 구슬에서 철 이온을 떨어뜨리고 씻어낼 수 있도록 하는 것을 포함합니다. 재생된 수지는 더 많은 물에서 철분을 제거하는 데 다시 사용할 수 있습니다.
네, 이온 교환 수지는 물과 다른 액체에서 납을 제거하는 데 매우 효과적일 수 있습니다. 실제로 다음과 같은 이유로 이 목적에 널리 사용되는 방법입니다.
능률:
적절하게 선택된 수지는 높은 비율의 납을 포집할 수 있으며, 종종 규제 한도보다 낮은 수준에 도달하기도 합니다.
선택성:
일부 수지는 다른 이온에는 거의 영향을 주지 않으면서 납만을 표적으로 삼도록 특별히 설계되어 효율성을 높이고 용액의 다른 구성 요소에 미치는 영향을 줄입니다.
다재:
이온 교환 시스템은 다양한 유량과 양에 맞게 조정할 수 있어 소규모 가정용 여과부터 대규모 산업 폐수 처리까지 다양한 응용 분야에 적합합니다.
물리적 요인:
1. 수지 종류
2. 입자 크기
3. 밀도
화학적 요인:
1. 이온 강도
2. 복합화제의 존재
3. 온도
운영 요소:
1. 유량
2. 적재율
3. 재생 과정
이온교환수지
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생물제약 및 생명과학
현대의 생물제약 기술은 일반적으로 생물학적 미생물 발효를 사용합니다...
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화학 화합물의 정제는 대부분의 산업 공정에 필수적인 부분이 되었습니다.
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습식야금은 세 가지 일반 분야를 포함하는 추출 야금 기술입니다.
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Sunresin은 중국의 주요 DLE 리튬 흡착제 생산업체로, 주로 염호수, 지열 염수 등에서 높은 효율로 리튬을 추출하는 데 사용됩니다.
산업 수처리
산업계에서는 물을 다양한 용도로 사용하며, 대부분의 경우 사용된 물은 처리 과정을 거쳐야 합니다.
식물 추출
식물 추출은 식물 조직에서 미량의 생물학적 활성 화합물을 수집하는 과정입니다.
VOC 처리
산업계에서 화학제품이 널리 사용되면서, 유기...
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