Aplicação de Resinas de Troca Iônica em Sistemas de Tratamento de Água

1. Definição de Íon Resina de troca

Resinas de troca iônica são compostos poliméricos insolúveis que apresentam grupos funcionais e uma estrutura de rede, geralmente apresentando-se como esferas. O nome completo de uma resina de troca iônica é composto pelo seu nome de classificação, nome da matriz (esqueleto) e nome básico. Atualmente, as resinas de troca iônica são amplamente utilizadas em diversos setores, incluindo tratamento de água, indústria química, metalurgia, alimentos, fabricação de couro e produção farmacêutica ultrapura.

2. Classificação de resinas de troca iônica pela qualidade da água

As resinas de troca iônica podem ser classificadas com base em seu tipo de matriz em resinas à base de estireno e resinas à base de acrílico. O tipo de grupos funcionais quimicamente ativos na resina determina suas propriedades primárias e categoria. Basicamente, elas são divididas em dois grupos principais: resinas de troca catiônica e resinas de troca aniônica, que podem trocar cátions e ânions em uma solução, respectivamente. As resinas catiônicas são subdivididas em cátions de ácido forte (SAC) e cátions de ácido fraco (WAC). Da mesma forma, as resinas aniônicas são subdivididas em ânions de base forte (SBA) e ânions de base fraca (WBA).

3. Aplicação de Resinas de Troca Iônica na Indústria de Tratamento de Água

A indústria de tratamento de água é um dos primeiros campos de aplicação de resinas de troca iônica e representa uma demanda significativa, representando aproximadamente 90% da produção total de resinas de troca iônica. Na purificação de água, essas resinas são utilizadas para amaciamento, dessalinização e produção de água amaciada, água pura e água ultrapura. No tratamento de águas residuais, são utilizadas principalmente para reduzir a concentração de íons de metais pesados ​​por meio de uma reação de troca entre os íons trocáveis ​​da resina e os íons de metais pesados ​​presentes nas águas residuais, alcançando assim uma purificação avançada.

3.1 Aplicação de Resinas de Troca Iônica no Amaciamento de Água

a. Composição e função dos filtros de amolecimento:

Os amaciadores de água totalmente automáticos consistem principalmente em três componentes principais: o tanque de resina, a válvula de controle automática multiportas e o tanque de salmoura. O tanque de resina é preenchido com resina de troca iônica responsável pela adsorção de íons cálcio (Ca²⁺) e magnésio (Mg²⁺) da água. A válvula de controle multiportas atua como controlador do equipamento de amaciamento, gerenciando os ciclos automáticos de operação, regeneração, enxágue, retrolavagem e reabastecimento do tanque de salmoura. O tanque de salmoura armazena o sal (NaCl) utilizado durante o processo de regeneração da resina.

b. Princípio de funcionamento das resinas de amolecimento:

As resinas amaciadoras removem principalmente os íons de dureza da água por meio da troca iônica. Esses íons de dureza, principalmente cálcio (Ca²⁺) e magnésio (Mg²⁺), são os principais contribuintes para a dureza da água. A resina amaciadora contém abundantes íons de sódio (Na⁺). À medida que a água passa pelo leito de resina, os íons de sódio na resina trocam com os íons de cálcio e magnésio presentes na água, removendo assim os íons de dureza.

c. Aplicações de Filtros de Amolecimento:​​

As aplicações incluem água de alimentação de caldeiras, água de reposição para sistemas de ar condicionado, trocadores de calor, fabricação de papel, impressão e tingimento, têxteis, água para processos petroquímicos, biofármacos, eletrônicos, pré-tratamento para sistemas de água pura e sistemas industriais de descarga zero de líquidos (ZLD).

3.2 Aplicação de Resinas de Troca Iônica na Produção de Água Pura e Ultrapura

a. Definição de Vasos de Troca Catiônica/Aniônica (CAB):​​

Vasos de troca catiônica/aniônica, também conhecidos como trocadores iônicos ou desmineralizadores, são equipamentos de tratamento de água que utilizam a capacidade de troca iônica das resinas para remover íons da água. Seu funcionamento se baseia na característica de troca iônica das resinas, onde os íons presentes na resina são trocados com os íons correspondentes presentes na água, promovendo a remoção de íons.

b. Princípio de funcionamento dos vasos de troca catiônica/aniônica:

Um sistema típico de desmineralização de dois leitos consiste em um vaso de troca catiônica (trocador catiônico ácido) e um vaso de troca aniônica (trocador aniônico básico) conectados em série. A água bruta passa primeiro pela unidade catiônica. Aqui, a resina de troca catiônica adsorve as impurezas catiônicas da água, liberando simultaneamente íons de hidrogênio (H⁺) na água, tornando-a ácida. Posteriormente, a água passa por um descarbonatador (ou desgaseificador) para remover o dióxido de carbono (CO₂) liberado como gás, garantindo uma troca eficiente na unidade aniônica em condições ácidas. Finalmente, a água passa pela unidade aniônica, onde a resina de troca aniônica remove as impurezas aniônicas.

c. Áreas de aplicação dos vasos de troca catiônica/aniônica:

Em indústrias como química, energética e metalúrgica, são comumente utilizados para amaciar a água de alimentação de caldeiras, evitando a formação de incrustações e problemas de corrosão. Na irrigação agrícola, o uso de água tratada por esses sistemas pode ajudar a reduzir a salinização do solo. Eles também desempenham um papel significativo nas etapas de pré-tratamento para dessalinização da água do mar, proporcionando condições favoráveis ​​para os processos de tratamento avançado subsequentes.

3.3 Aplicação de Leitos Mistos Polidos na Produção de Água Pura e Ultrapura

a. Definição de Leitos Mistos Polidos:

A resina de polimento é normalmente utilizada na etapa final (fase de polimento) de sistemas de tratamento de água ultrapura para garantir que a qualidade do efluente atenda aos padrões exigidos, frequentemente atingindo uma resistividade de 18 MΩ·cm ou superior. É um tipo de resina de troca iônica, especificamente uma mistura de resina de troca catiônica de ácido forte na forma de hidrogênio (H⁺) e resina de troca aniônica de base forte na forma de hidróxido (OH⁻).

b. Princípio de funcionamento das resinas de polimento:

Um leito misto polido contém resinas de troca catiônica e aniônica completamente misturadas dentro do mesmo recipiente. Neste leito misto, as resinas catiônicas e aniônicas são intimamente misturadas, permitindo que as reações de troca catiônica e aniônica ocorram quase simultaneamente. Os íons hidrogênio (H⁺) produzidos pela troca catiônica do tipo H e os íons hidróxido (OH⁻) produzidos pela troca aniônica do tipo OH não podem se acumular e se combinam imediatamente para formar moléculas de água fracamente dissociadas. Isso essencialmente elimina o efeito dos contra-íons, permitindo que a reação de troca iônica prossiga completamente, resultando em um efluente de alta pureza. Quando os íons dentro da resina de polimento se esgotam, a resina é regenerada usando soluções ácidas e alcalinas para restaurar efetivamente os íons hidrogênio e hidróxido, renovando a capacidade de trabalho da resina.

c. Áreas de aplicação:

Indústria eletrônica: Produção de água de alta pureza necessária para semicondutores e outros componentes eletrônicos.

Usinas de energia: Uso extensivo em sistemas de tratamento de água pura para usinas termelétricas.

Química Sintética e Indústria Petroquímica: Resinas de troca iônica podem atuar como catalisadores, substituindo ácidos e bases inorgânicos em reações como esterificação, hidrólise e hidratação.

Indústria farmacêutica: as resinas de troca iônica desempenham um papel importante no desenvolvimento de antibióticos de nova geração e na melhoria da qualidade dos antibióticos existentes.