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

1. Definição de íon Resina de troca​​

As resinas de troca iônica são compostos poliméricos insolúveis que apresentam grupos funcionais e uma estrutura em rede, tipicamente na forma de esferas. O nome completo de uma resina de troca iônica é composto por sua 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, curtume e produção farmacêutica de alta pureza.

2. Classificação de resinas de troca iônica de acordo com a qualidade da água

As resinas de troca iônica podem ser classificadas com base no 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 principais propriedades e categoria. Primordialmente, elas são divididas em dois grandes grupos: resinas de troca catiônica e resinas de troca aniônica, que podem trocar cátions e ânions em 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 campos de aplicação mais antigos para resinas de troca iônica e representa uma demanda significativa, correspondendo a aproximadamente 90% da produção total dessas resinas. No tratamento de água, elas são utilizadas para o amaciamento, dessalinização e produção de água amaciada, água pura e água ultrapura. No tratamento de efluentes, 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 no efluente, alcançando, assim, uma purificação avançada.

3.1 Aplicação de resinas de troca iônica no amolecimento da água

a. Composição e função dos filtros de amaciamento:​​

Os amaciadores de água totalmente automáticos são compostos principalmente por três componentes principais: o tanque de resina, a válvula de controle multiportas automática e o tanque de salmoura. O tanque de resina é preenchido com resina de troca iônica responsável por adsorver os íons de 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 amaciantes:​​

As resinas de amaciamento removem principalmente os íons de dureza da água por meio de troca iônica. Esses íons de dureza, principalmente cálcio (Ca²⁺) e magnésio (Mg²⁺), são os principais responsáveis ​​pela dureza da água. A resina de amaciamento contém íons de sódio (Na⁺) em abundância. À medida que a água passa pelo leito de resina, os íons de sódio presentes na resina trocam de lugar com os íons de cálcio e magnésio 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, biofarmacêuticos, eletrônica, 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):​​

Os vasos de troca catiônica/aniônica, também chamados de trocadores iônicos ou desmineralizadores, são equipamentos de tratamento de água que utilizam a capacidade de troca iônica de resinas para remover íons da água. Seu funcionamento baseia-se na característica de troca iônica das resinas, onde os íons presentes na resina são trocados por íons correspondentes na água, resultando na remoção dos íons.

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

Em indústrias como a química, a de energia e a metalúrgica, são comumente utilizados para o amaciamento da água de alimentação de caldeiras, prevenindo 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 a dessalinização da água do mar, proporcionando condições favoráveis ​​para os processos subsequentes de tratamento avançado.

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 (etapa 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. Trata-se de 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 no mesmo recipiente. Nesse leito misto, as resinas catiônicas e aniônicas estão 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 se acumulam e se combinam imediatamente para formar moléculas de água fracamente dissociadas. Isso elimina essencialmente o efeito dos contra-íons, permitindo que a reação de troca iônica ocorra de forma muito completa, resultando em um efluente de alta pureza. Quando os íons presentes na resina de polimento se esgotam, a resina é regenerada utilizando 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.

Indústria Química Sintética e Petroquímica: As resinas de troca iônica podem atuar como catalisadores, substituindo ácidos e bases inorgânicas 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.