Ngoài làm mềm nước, hạt nhựa trao đổi ion còn dùng để làm gì?

Hạt nhựa trao đổi ion là cách đơn giản được sử dụng phổ biến để làm mềm nước. Ngoài ra, chúng còn được dùng để loại bỏ các loại khoáng chất, chất kiềm trong nước. Vậy hạt nhựa này hoạt động như thế nào. Cùng đọc bài viết dưới đây để hiểu thêm về hạt nhựa trao đổi ion.

Hạt nhựa trao đổi ion là gì?

Hạt nhựa trao đổi ion (hay còn gọi là hạt nhựa làm mềm nước cứng) là loại hạt không tan trong nước và có chứa các ion có thể dễ dàng thay thế ion trong nước cứng. Sự trao đổi ion này giúp làm mềm nước nhưng không làm ảnh hưởng đến tính chất vật lý của vật liệu trao đổi ion.

Hạt nhựa trao đổi ion thường được làm từ nhựa polystyrene. Hạt nhựa ion có khả năng hấp thu các ion dương có tên gọi là cationit, hấp thu các ion âm gọi là anionit và hấp thu được cả 2 loại ion thì gọi là hạt nhựa ionit lưỡng tính.

Hạt trao đổi ion thược được chia làm 2 phần với 2 nhiệm vụ riêng đó là gốc của chất trao đổi ion và nhóm hoạt tính (là những ion có thể trao đổi với những ion khác trong nước).

Tác dụng của chúng là làm mềm nước cứng bằng cách giảm nồng độ Ca2+ và Mg2+ trong nước và thay vào đó là Natri. Loại hạt này cũng giúp loại bỏ những khoáng chất khác trong nước như Bari, Radium, Asen, Crom và loại bỏ NO3-, ClO4-, SO42-…

Các loại hạt nhựa trao đổi ion

Có 2 cách phân loại hạt nhựa làm mềm nước thường gặp đó là phân loại dựa trên màu sắc và tính chất của hạt nhựa. Dựa vào màu sắc, có thể chia loại hạt nhựa thành các loại như nhựa styrene dạng gel và màu vàng trong suốt; hạt nhựa macroprous; hạt nhựa macroprous cation styrene màu vàng nhạt hoặc nâu xám, hạt nhựa macroprous anion styrene có màu trắng; hạt nhựa acrylic màu trắng hoặc trắng sữa…

Dựa vào tính chất của hạt nhựa, chúng có thể chia được 4 loại như sau:

• Hạt nhựa trao đổi cation có tính acid mạnh: Đây là hạt nhựa làm mềm nước có chứa các nhóm acid mạnh như acid. Hạt nhựa này chứa một lượng lớn các nhóm axit mạnh như axit sulfonic. Đây là một loại acid hữu cơ có chứa lưu huỳnh và có công thức là RSO3H, trong đó R để chỉ một nhóm hợp chất hữu cơ. Nhóm SO3H có thể dễ dàng phân tách thành H+ và SO3-, SO3- sẽ hấp thụ các cation khác trong nước cứng, do vậy loại hạt này thường được dùng để làm mềm nước cứng.
• Hạt nhựa trao đổi cation có tính acid yếu: Loại hạt này có chứa các nhóm acid yếu như Carbocyl- COOH. Nhóm acid này có thể phân ly thành H+ và nhóm R-COO-, nhóm mang điện tích âm này sẽ kết hợp với các cation khác trong dung dịch kiềm hoặc trung tính.
• Hạt nhựa trao đổi anion có tính bazo mạnh: Loại hạt này có chứa các nhóm kiềm mạnh như amin bậc 4 (4 amin) –NR3OH. Hạt nhựa trao đổi ion này khi phân ly trong nước có thể hấp thụ các nhóm điện tích dương và dẫn đến phản ứng trao đổi ion.
•  Hạt nhựa trao đổi anion có tính bazo yếu: Loại hạt nhựa này chứa các nhóm kiềm yếu như amin bậc 1-NH2, nhóm amin bậc 2 NHR hoặc nhóm amin bậc 3 -NR2. Loại hạt nhựa này có thể hấp thụ các cation trong nước và dẫn đến quá trình trao đổi ion.

Hạt nhựa hoạt động như thế nào để làm mềm nước?

Hạt nhựa trao đổi ion thường được dùng để làm mềm nước và loại bỏ các khoáng chất không cần thiết trong nước. Vậy cơ chế hoạt động của loại ion này như thế nào? Khi dùng hạt nhựa trao đổi ion để làm mềm nước, các ion Na+ trong hạt nhựa sẽ liên kết với một anion, nhưng anion này có khả năng liên kết với các ion canxi và magie nặng hơn. Do vậy khi xử lý nước, anion có có trong hạt nhựa sẽ liên kết với ion Ca2+ và Mg2+ trong nước cứng và giải phóng Na vào nước, do vậy nước sẽ làm mềm.

Theo thời gian, các ion gây ra tính cứng của nước hoặc ion cần loại bỏ trong nước sẽ thay thế tất cả các vị trí sẵn có của Na trong cấu trúc hạt nhựa. Lúc này hạt nhựa cần tái sinh, tùy vào từng loại hạt nhựa mà chất bạn có thể sử dụng để tái sinh là muối hoặc acid. Trong quá trình này, hạt nhựa sẽ trao đổi ion với chất tái sinh và giải phóng các chất đã được thay thế vào dung dịch tái sinh, sau đó, chúng được thải ra ngoài.

Xử lý nước cứng bằng phương pháp trao đổi ion, ưu nhược điểm

Xử lý nước bằng phương pháp trao đổi ion là cách làm mềm nước được nhiều người tin tưởng sử dụng bởi nó sở hữu nhiều ưu điểm.

• Ưu điểm: Hạt nhựa trao đổi ion có thể được sử dụng lâu dài, tái sinh nhiều lần với chi phí không lớn. Thêm vào đó, cách làm mềm nước này cũng rất thân thiện với môi trường và dễ sử dụng, chất lượng nước tạo ra cũng không thay đổi.
• Nhược điểm: Hạt nhựa trao đổi ion này không thể giúp loại bỏ các hợp chất hữu cơ có trong nước hay ion Fe3+ có trong nước. Do vậy khi sử dụng nước này, sức khỏe vẫn có thể bị ảnh hưởng. Thêm vào đó, các hoạt chất không được loại bỏ thể bám vào các hạt nhựa ion và giảm khả năng trao đổi ion của hạt nhựa. Ngoài ra, màu sắc của hạt nhựa ion thường sẽ bị bạc màu và mất dần sau một gian sử dụng. Loại hạt làm mềm nước này có thể chịu được nhiệt độ từ 20 – 500 độ C. Nếu nhiệt độ cao hơn 500 độ C thì nó sẽ bị phân hủy, do vậy người dùng phải hết sức cẩn thận. Ngoài ra, ion Natri được giải phóng vào nước sau quá trình trao đổi ion sẽ gây một số tác hại tới sức khỏe nếu dùng lượng nhiều.

Lưu ý khi làm mềm nước bằng hạt nhựa trao đổi ion

Mặc dù loại hạt này có thể tạo ra nguồn nước an toàn sau khi trải qua các quá trình lọc, tuy nhiên khi sử dụng hạt nhựa này, bạn cũng cần lưu ý một số điều sau:

Nếu sử dụng bộ lọc chỉ giúp loại bỏ canxi và magie khỏi nước thì nguồn nước dùng có thể vẫn tồn tại một số hợp chất và các khoáng chất có hại cho nước.

Dù có tuổi thọ lâu dài nhưng sau một khoảng thời gian sử dụng, bạn nên thực hiện các biện pháp tái sinh cho hạt nhựa, để bổ sung lượng ion natri trong hạt nhựa đã được thay thế hết.

Phương pháp làm mềm nước khắc phục nhược điểm của hạt nhựa

Mặc dù hạt nhựa trao đổi ion là cách đơn giản, an toàn để làm mềm nước, tuy nhiên, phương pháp này vẫn tồn tại nhiều nhược điểm. Do vậy ngoài dùng hạt nhựa, bạn có thể dùng máy lọc nước để làm mềm nước.

Máy lọc nước điện giải không chỉ là thiết bị làm sạch, làm mềm nước mà nó còn tạo ra nước ion kiềm có khả năng chống oxy hóa cao. Khi nguồn nước được đưa vào máy, nó sẽ thông qua các bộ lọc nhỏ để loại bỏ vi khuẩn, tạp chất và một phần các khoáng chất canxi, magie ra khỏi nước. Nước thu được sau quá trình lọc là nước an toàn, đã được làm sạch nhưng vẫn giữ được lượng khoáng chất cần thiết cho cơ thể.

Sau khi được làm sạch, nước sẽ đưa vào buồng điện phân để tiếp tục phân tách tạo thành các ion giàu kiềm tốt cho sức khỏe.

Trên đây là thông tin về các loại hạt nhựa trao đổi ion. Tùy vào mục đích sử dụng làm mềm nước giúp loại bỏ các ion kiềm hay các hợp chất hữu cơ mà bạn có thể lựa chọn một trong các loại hạt phù hợp với gia đình.