Resinas de Troca Iônica

As resinas de troca iônica servem para remover contaminantes iônicos da água. Podem produzir água potável e águas para uso industrial livres de contaminantes específicos que impediriam seu uso. As aplicações das resinas são determinadas pelo tipo de íon em sua composição. Podem ser usadas em: abrandamento e desmineralização de água, purificação de salmoura, síntese e catálise química, além da remoção seletiva de metais e é também eficaz no tratamento de água e efluentes.

Funcionamento

Resinas de troca iônica são produtos obtidos artificialmente (copolímeros sintéticos) que têm como características promover a purificação da água em relação à presença de compostos químicos, realizando a troca de íons contaminantes por íons inertes à solução, ou seja, que não irão gerar riscos e prejuízos. Quando entram em contato com a água, essas resinas liberarão íons que podem ser de sódio ou hidrogênio (resinas catiônicas) ou hidroxilas (resinas aniônicas); estes que terão a função de captar os íons de cátions e ânions que estarão dispersos na água em contato, os quais são os responsáveis pelo teor de sólidos dissolvidos indesejáveis, principalmente em processos industriais.

Tipos de Resina

Existem resinas tipo catiônicas, aniônicas, mistas, adsortivas, seletivas e catalíticas. O que as diferencia é o sítio ativo presente em cada estrutura; se existe um grupo funcional negativo, logo há captura de íons positivos (daí resina catiônica); paralelamente, se existe a captura de íons negativos, denomina-se resina aniônica. As resinas consideradas mistas possuem em sua estrutura tanto partes catiônicas quanto aniônicas. Resinas adsorventes normalmente tem porosidade especial para adsorver contaminantes, mas não realizando troca de íons como as anteriores e, por fim, as resinas catalíticas que de acordo com o processo são catiônicas ou aniônicas.

Resinas Catiônicas

Todas as resinas catiônicas (R-H ou R-Na) podem ser consideradas fortes ou fracas. As resinas catiônicas fracas possuem em sua estrutura grupos funcionais carboxílicos (proveniente de ácido carboxílico); já as resinas catiônicas fortes possuem grupos sulfônicos (proveniente de ácido sulfônico) em sua estrutura. A característica dessas resinas é a remoção de cátions, tais como: Ca²⁺, Mg²⁺,K⁺,Na⁺, assim como outros metais que estejam dispersos em solução (químicos ou aquosa).

As resinas fortemente ácidas se diferem por conseguir realizar remoção da dureza temporária (Ca²⁺ e Mg²⁺ ligados aos íons bicarbonato e carbonato) quanto da dureza permanente (Ca²⁺ e Mg²⁺ ligados a ânions fortes, como o sulfato e cloreto); em contrapartida, as resinas catiônicas fracamente ácidas só removem dureza temporária.

Aplicações

Resinas Catiônicas Fortemente Ácidas

• abrandamento e desmineralização;
• polimento de condensado;
• tratamento de efluentes;
• tratamento de açúcar e galvanoplastia.

Resinas Catiônicas Fracamente Ácidas

• tratamento de condensado amoniacal e fixação de antibióticos.

A regeneração das resinas catiônicas pode ocorrer com:

• Sal – Cloreto de Sódio – em processos de abrandamento;
• Ácido Muriático ou Sulfúrico – em processos de desmineralização.

Resinas Aniônicas

A estrutura desse tipo de resina pode conter um grupo funcional quaternário de amônio, formando resinas fortemente básicas, ou um grupo funcional de aminas terciárias, originando resinas fracamente básicas. As resinas aniônicas fracamente básicas promovem a remoção de ânions fortes, tais como sulfatos, cloretos e nitratos; em contrapartida, as resinas aniônicas fortemente básicas removem qualquer ânion presente em solução.

Aplicações

Resinas Aniônicas Fracamente Básicas

• Produção de água desmineralizada e descoloração de soluções orgânicas.

Resinas Aniônicas Fortemente Básicas

• Produção de água desmineralizada e descoloração de soluções orgânicas;
• Remoção seletiva de flúor;
• Polimento de condensado.

A regeneração das resinas aniônicas pode ocorrer com:

• Soda Cáustica.

Resinas Adsorventes

As resinas adsortivas não possuem em sua estrutura grupos ativos funcionais e consegue adsorver melhor em sua superfície polimérica moléculas de compostos orgânicos indesejáveis que estão contidos em uma solução ou algum produto que necessite de purificação. A remoção de compostos não desejáveis ocorre através da adsorção dos mesmos à superfície da resina. As resinas são utilizadas para remoção do odor e sabor em soluções aquosas.

Aplicações

• Adsorção orgânica;
• Processamentos farmacêuticos;
• Remoção de grandes compostos de cor;
• Separação de espécies orgânicas hidrofóbicas;
• Remoção de amargor de suco.

Resinas Catalíticas

Resinas catalíticas são copolímeros macroporos que possuem capacidade de agir como catalisadores para aplicações de alguns processos químicos. A principal diferença deste tipo de resina em relação às resinas convencionais está em sua porosidade e área de superfície para operação em processos químicos de meio orgânicos com a finalidade de facilitar ou acelerar uma reação química destes compostos, daí o nome de catalisadores.

Aplicações

• Alquilação aromática;
• Éter e esterificação;
• Remoção de ácidos;
• Remoção de sais metálicos e iodetos de alquila;
• Síntese de Bisfenol-A.

Valores Típicos para Capacidade de Troca de Resina

Principais Aplicações Industriais das Resinas de Troca Iônica

Desmineralização

Define-se por desmineralização “processo em que se removem os sais minerais da água a partir do princípio de troca iônica”. Somente substâncias que se ionizam em água

podem ser removidas através de resinas trocadoras de íons.

Os cátions como Cálcio e Magnésio removem-se com resinas catiônicas (Ciclo do Hidrogênio), enquanto que ânions como Cloretos, Sulfatos e Nitratos são removidos com resinas aniônicas.

A água que será submetida ao processo de desmineralização passa opcionalmente por um filtro de carvão com intuito de remover íons de cloro ali presentes, implicando assim em um aumento da vida útil das resinas. Posteriormente, a água passa por um Trocador Catiônico, fluindo ascendentemente, deixando assim os minerais que lhe dão dureza, carregando íons H⁺.

Para obter êxito na troca iônica, por ser um fenômeno superficial, necessita que a resina esteja com sua capacidade de toca prolongada o maior tempo possível, dentro de seu limite intrínseco.

Os sistemas de desmineralização são executados geralmente em leitos de resinas sintéticas, dentro de colunas metálicas pressurizadas, revestidas internamente com ebonite ou materiais termoplásticos como PVC, PP, resina de poliéster estruturada com fibra de vidro.

Abrandador e Abrandamento de Água

Equipamentos utilizados para redução dos teores de cálcio e/ou magnésio em água dura. É um processo parcial de troca iônica, denominado de abrandamento, obtido quando a

água bruta (potável) passa em um leito de resina catiônica forte. Os íons cálcio e magnésios solúveis na água são retidos no grupamento do ácido sulfônico e os íons sódio, (Na+) da resina liberados para a água. Quando todos os íons sódio presos ao grupamento do ácido sulfônico foram trocados por cálcio e magnésio, a resina se encontra no estado saturado e necessita, então, ser regenerada.

Informações requeridas para dimensionamento (mg/litro): Origem da água, Pré-tratamento, Temperatura, pH, Sólidos dissolvidos, Condutividade, Dureza total, Alcalinidade total, Cálcio, Sílica solúvel, Magnésio, CO₂ (livre), Sódio, Matéria Orgânica. Potássio, Sulfato, Fe²⁺, Nitrato, Mn²⁺, Fosfato, Bicarbonato, Carbonatos e Cloretos.