Cation là gì? Ứng dụng của hạt nhựa cation trong lọc nước

Cation là ion tích điện dương, được sử dụng trong hệ thống lọc nước dưới dạng nhựa cation. Hãy cùng LabTrường Lê Hồng Phong tìm hiểu thêm về cation là gì? Đặc điểm, cấu tạo và vai trò của nó trong quá trình lọc nước.

1. Cation là gì?

Cation là một loại ion tích điện dương có nhiều ứng dụng trong hệ thống lọc nước, thường được sử dụng ở dạng nhựa polyme trao đổi ion. Những hạt này thường tồn tại ở dạng gel và không hòa tan trong nước.

Đặc tính quan trọng của chúng là khả năng trao đổi ion mà không làm thay đổi tính chất vật lý của vật liệu trao đổi ion.

Cation là gì?

2. Phân loại nhựa cation

Dựa vào khả năng hấp thụ ion, nhựa cation được phân thành 3 loại cơ bản như sau:

2.1. Nhựa cationit

Loại này dùng để làm mềm nước và có hai dạng chính:

– Catite axit mạnh: Chứa cấu trúc polystyrene với nhóm sulphonate được tích điện tĩnh điện bằng ion natri để làm mềm nước hoặc ion hydro để khử khoáng.

– Cation axit yếu: Được tạo ra bằng cách thủy phân polyme acrylic với axit sunfuric tạo thành nhóm cacboxylic. Chúng chứa các hạt cation có tính axit yếu, thường liên kết với các ion tích điện âm như SO4, SO3, PO4, NO2… Các ion tích điện âm này sẽ kết hợp với các cation từ dung dịch kiềm hoặc trung tính để loại bỏ các cation chọn lọc.

Nhựa cationit

2.2. Nhựa anionit

Loại này được sử dụng để loại bỏ các hợp chất hữu cơ và muối và có hai dạng chính:

– Anionit bazơ mạnh: Chứa các hóa chất thuộc nhóm bazơ mạnh như natri hydroxit, bari hydroxit, kali hydroxit,… Các bazơ này phân ly hoàn toàn trong nước và có khả năng hấp thụ các ion cation cùng với anion từ môi trường kiềm hoặc kiềm thổ.

– Anionit bazơ yếu: Gồm các hóa chất thuộc nhóm (OH)2 và phân ly trong môi trường kiềm trung tính hoặc axit.

2.3. Nhựa ionit lưỡng tính

Loại cation này có khả năng hấp thụ cả ion dương và ion âm, khiến chúng trở thành loại trao đổi ion linh hoạt.

Loại này dùng để loại bỏ các ion và tạp chất không mong muốn trong nước.

3. Đặc tính của nhựa cation

– Màu sắc: Hạt có màu trắng, nâu, đen hoặc thậm chí trong suốt. Tuy nhiên, sau một thời gian sử dụng, màu sắc của chúng có thể bị phai đi.

– Hình dạng và kích thước: Hạt nhựa cation thường có dạng tròn và có kích thước trung bình từ 0,42mm đến 1,25mm.

– Độ ổn định nhiệt độ: Nhựa cation ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ môi trường và có khả năng chống oxy hóa trong nước. Chúng có thể hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ từ 20 độ C đến 50 độ C.

– Độ cứng: Trong quá trình vận chuyển, nếu hạt nhựa cation va chạm mạnh với các vật khác có thể bị vỡ hoặc trầy xước.

4. Vai trò của nhựa cation trong hệ thống xử lý nước

4.1. Làm mềm nước cứng

Nước cứng là nước chứa nhiều magie, canxi và đá vôi, có nồng độ vượt quá 300mg/l theo tiêu chuẩn nước sạch của Bộ Y tế. Nước cứng có thể gây ra nhiều ảnh hưởng tiêu cực tới đời sống sinh hoạt và sức khỏe con người.

Trong bối cảnh sức khỏe con người, nước cứng thường xuyên tiếp xúc với cơ thể con người qua quá trình tiêu dùng hàng ngày. Nó xâm nhập vào cơ thể và được chuyển thành muối cacbonat kết tủa. Những chất kết tủa này không thể hấp thu qua thành ruột và tích tụ trong cơ thể theo thời gian. Điều này có thể dẫn đến hình thành sỏi, tắc nghẽn động mạch và tĩnh mạch, gây ra các vấn đề về sức khỏe.

Ứng dụng hạt nhựa cation trong hệ thống lọc nước

Tác hại của nước cứng:

– Nước cứng làm giảm khả năng tạo bọt của xà phòng, gây khó khăn cho việc tạo bọt và rửa sạch.

– Làm mất đi hương vị của các loại đồ uống như trà, cà phê cũng như ảnh hưởng đến hương vị của món ăn.

– Nước cứng tạo ra cặn và vết ố vàng trên bát đĩa, dụng cụ nhà bếp gây khó khăn cho việc làm sạch.

– Nó còn làm tăng mức tiêu hao năng lượng trên các thiết bị điện gia dụng, thậm chí có thể gây rò rỉ điện qua các lớp đá vôi, có khả năng gây nguy hiểm đến tính mạng con người.

Hạt nhựa cation có thể giúp chúng ta khắc phục vấn đề nước cứng.

4.2. Cách làm mềm nước cứng bằng nhựa cation

Để làm mềm nước cứng, chúng tôi sử dụng hạt nhựa cation dựa trên nguyên lý trao đổi ion. Quá trình trao đổi ion diễn ra nhanh chóng và theo chiều ngược lại, trong đó các ion tạp chất trong nước được thay thế bằng các ion có trong nhựa cation.

Nhựa cation là một loại nhựa trao đổi ion axit mạnh, có khả năng loại bỏ các ion gây ra độ cứng của nước như Ca2+, Mg2+ bằng cách thay thế chúng bằng ion Na+.

Khi cho hạt nhựa cation vào nước, chúng sẽ hấp thụ các cation từ muối tan trong nước lên bề mặt hạt, đồng thời giải phóng cation natri (Na+) vào trong nước. Tùy theo mức độ lọc qua hạt cation, các cation trên bề mặt hạt nhựa sẽ dần được thay thế bằng ion canxi, magie. Quá trình trao đổi này tiếp tục cho đến khi khả năng trao đổi ion của nhựa cation đạt đến đỉnh điểm, sau đó bạn có thể tái sử dụng chúng thông qua việc hoàn nguyên nhựa.

Cơ chế làm mềm nước cứng của nhựa cation

4.3. Ưu điểm của nhựa cation trong làm mềm nước

Mặc dù có nhiều phương pháp xử lý nước khác nhau như đun sôi, sử dụng hóa chất công nghiệp, chưng cất, sử dụng đá vôi, soda… nhưng các phương pháp này thường đòi hỏi chi phí cao hoặc không đảm bảo hiệu quả lọc tối ưu. Trong khi đó, nhựa cation có những ưu điểm sau:

– Loại bỏ canxi, magie và đá vôi khỏi nước cứng, làm mềm nước nhanh chóng và hiệu quả, đảm bảo sức khỏe cho người sử dụng.

– Giảm thiểu nguy cơ mắc các bệnh da liễu, bảo vệ da khỏi tác động của nước cứng.

– Hạt nhựa cation có khả năng tái sinh, tiết kiệm chi phí thay hạt mới.

– Chi phí thu mua nhựa cation không đáng kể, hiệu quả kinh tế cao.

– Ngoài tác dụng làm mềm nước, hạt cation còn có khả năng loại bỏ các chất độc hại và ion kim loại độc hại có thể gây hại cho sức khỏe con người.

– Hạt cation không tan trong nước, thân thiện với môi trường, giúp bảo vệ nguồn nước và hệ thống xử lý nước môi trường.

5. Hướng dẫn cách tái sinh hạt nhựa cation

Để tái tạo nhựa cation, bạn có thể làm theo các bước sau:

– Bước 1: Đổ trực tiếp dung dịch muối pha loãng vào lõi lọc có chứa hạt cation.

– Bước 2: Đặt lõi lọc vào cốc và tiếp tục ngâm trong dung dịch muối loãng, đảm bảo các hạt nhựa không bị rò rỉ ra ngoài.

– Bước 3: Đặt lõi lọc chứa hạt cation vào bồn rửa và tiếp tục thực hiện bước 1 để đảm bảo rửa sạch hạt cation.

– Bước 4: Sau khi vệ sinh, vặn chặt nắp lõi lọc. Lắp phần tử lọc trở lại cốc lọc và vặn chặt nắp cốc lọc.

– Bước 5: Lắp lại bộ lọc vào hệ thống và dùng nước muối để súc rửa toàn bộ hệ thống. – Cuối cùng khởi động lại máy lọc nước để hoàn tất quá trình tái sinh hạt nhựa cation.

Hy vọng những kiến ​​thức LabTrường Chu Văn An chia sẻ ở trên sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về vai trò của cation trong cuộc sống.

Các bài viết liên quan:

Hóa chất xử lý nước là gì? Top 5 hóa chất phổ biến nhất

Phương pháp trộn hóa chất xử lý nước thải an toàn, hiệu quả