Hạt nhựa trao đổi ion là gì? Nên dùng làm mềm nước cứng không?

Hạt nhựa trao đổi ion là một trong những vật liệu được dùng để xử lý nguồn nước cứng hiện nay. Vậy loại hạt này là gì, có gây độc hại hay không? Hãy cùng tìm hiểu thêm các thông tin hữu ích qua bài chia sẻ dưới đây.

Hạt nhựa trao đổi ion là gì?

Hạt nhựa trao đổi ion (hay còn gọi là hạt nhựa làm mềm nước) là một loại polymer có khả năng trao đổi những ion cụ thể của nó với các ion khác trong dung dịch thông qua cột phản ứng.

Hay nói cách khác, hạt nhựa trao đổi ion tồn tại ở dạng gel, là chất không hòa tan và chứa các ion có thể dễ dàng trao đổi với các ion khác trong dung dịch phản ứng với nó. Quá trình này nhằm mục đích làm mềm nước hoặc loại bỏ các chất khoáng không cần thiết trong nước mà không làm biến đổi tính chất vật lý của vật liệu trao đổi ion.

Cấu tạo của hạt nhựa:

Tùy theo quy trình sản xuất cũng như nhu cầu sử dụng mà hạt nhựa được sản xuất với nhiều loại khác nhau. Tuy nhiên, về cấu tạo chung các hạt nhựa này đều gồm 2 phần chính như sau:

• Một phần được làm bằng polymer – đây là gốc của chất trao đổi ion.
• Phần còn lại thuộc nhóm ion có thể trao đổi (hay còn gọi nhóm hoạt tính).

Nguyên lý hoạt động: 

Mục đích khi sử dụng hạt nhựa trong hệ thống lọc nước là làm mềm nước cứng hoặc loại bỏ các chất khoáng không cần thiết trong nước.

Theo đó, nguyên lý hoạt động của các hạt trao đổi ion này là: Dùng loại nhựa có chứa ion Na+ liên kết với một cation (ion âm) khác, sao cho cation đó có khả năng liên kết với Ca2+ và Mg2+ mạnh hơn Na+. Khi cho hạt nhựa vào cột trao đổi ion và cho nguồn nước cần xử lý chảy qua, cation có trong nhựa sẽ liên kết với các ion Ca2+, Mg2+ và giữ chúng lại trong đó. Đồng thời quy trình này còn giải phóng Na+ vào nước, từ đó giúp loại bỏ ion Ca2+ và Mg2+ có trong nước, giúp nước “mềm” hơn.

Trong trường hợp yêu cầu phải loại bỏ hoàn toàn lượng khoáng có trong nước thì tiếp tục xử lý bằng cách cho nguồn nước chảy qua cột trao đổi ion với nhựa chứa H+ (quá trình này sẽ loại bỏ được cation). Sau đó, lại tiếp tục đưa nước qua cột có nhựa chứa ion OH- ( quá trình giúp loại bỏ các anion). Sau khi đưa nước qua các cột nhựa trên thì H+ và OH sẽ kết hợp với nhau tạo thành nước (H2O).

Do có thể loại bỏ hoàn toàn các khoáng chất không cần thiết gây hại cho cơ thể ra khỏi nước mà hạt nhựa trao đổi ion được ứng dụng phổ biến trong sinh hoạt hàng ngày.

Các loại hạt nhựa ion thường dùng hiện nay

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại hạt nhựa trao đổi ion với màu sắc và giá thành khác nhau tùy theo nhu cầu của người sử dụng. Một số loại hạt được sử dụng phổ biến nhất có thể kể đến như:

• Hạt nhựa trao đổi cation axit mạnh

Hạt nhựa này chứa một lượng lớn các nhóm axit mạnh như nhóm SO3H, axit sulfonic nên có khả năng phân tách H+ dễ dàng trong dung dịch. Hạt trao đổi cation axit mạnh này có thể trao đổi ion và sản xuất phân ly trong dung dịch axit hoặc kiềm do phản ứng phân ly của chúng diễn ra rất mạnh. Và hạt nhựa chứa các nhóm tích điện âm như SO3-, có thể hấp thụ các cation khác sau quá trình phân ly.

Các nhóm chức năng của hạt nhựa trao đổi cation axit mạnh sẽ trở lại trạng thái ban đầu và phản ứng trao đổi ion theo chiều ngược lại khi có tác động thêm bằng chất hóa học sau một thời gian sử dụng. Loại hạt này có thể sử dụng lại nhiều lần nữa sau quá trình tái sinh.

• Hạt nhựa trao đổi cation axit yếu

Hạt nhựa trao đổi cation axit yếu có chứa một lượng lớn các nhóm axit yếu như Carboxyl- COOH. Loại hạt này có thể phân ly H+ và nước có tính axit.  Sau khi xảy ra quá trình phân ly hạt nhựa sẽ còn lại nhóm tích điện âm như R-COO. Chúng có thể trao đổi cation khi kết hợp với một giải pháp có khả năng hấp thụ các cation khác.

Hạt trao đổi cation axit yếu được sử dụng để tái sinh axit và quá trình tái sinh này diễn ra dễ dàng hơn so với quá trình tái sinh của hạt trao đổi cation axit mạnh.

•  Hạt nhựa trao đổi anion bazo mạnh

Hạt nhựa trao đổi anion bazo mạnh có chứa một lượng lớn các nhóm kiềm mạnh cơ bản như amin bậc 4 –NR3OH nên có chức năng phân ly OH-. Hiệu ứng trao đổi anion xảy ra khi loại hạt nhựa này hấp thụ các nhóm tích điện dương và kết hợp với anion trong dung dịch.

Nhựa trao đổi anion có tính kiềm mạnh nên quá trình phân ly diễn ra mạnh mẽ và có thể làm việc trong những môi trường pH khác nhau. Bên cạnh đó, chúng có thể được tái sinh và sử dụng cho các lần sau.

• Hạt nhựa trao đổi anion bazo yếu

Loại hạt nhựa này có chứa một lượng lớn các nhóm kiềm yếu như amin bậc 1 –NH2, nhóm amin thứ cấp NHR, hoặc một nhóm amin bậc 3 –NR2 nên có thể phân ly trong nước và OH- kiềm yếu. Hiệu ứng trao đổi anion xảy ra khi hạt nhựa hấp thụ các nhóm tích điện dương kết hợp với anion có trong dung dịch.

Nhựa trao đổi anion có tính kiềm yếu chỉ có thể xảy ra phản ứng trong môi trường pH trung tính hoặc axit. Khi sử dụng chất hóa học Na2CO3, NH4OH có thể làm hạt trao đổi anion bazo yếu tái sinh.

Cách xử lý nước cứng bằng hạt nhựa trao đổi ion

Nhiệm vụ chính của các hạt nhựa trao đổi ion chính là làm mềm nước, do đó chúng được sử dụng trong quá trình xử lý nước cứng. Hiện nay, có rất nhiều thiết bị làm mềm nước cứng sử dụng hạt nhựa ion để xử lý nước. Mỗi thiết bị có cơ chế hoạt động và quy mô vận hành khác nhau. Tuy nhiên, các loại thiết bị này đều tuân theo một quy trình chung như sau:

• Làm mềm: Nguồn nước đi vào thiết bị theo hướng từ trên xuống dưới, tại đây sẽ diễn ra phản ứng trao đổi ion. Các Ca2+ và Mg2+ trong nước sẽ bị thay thế bằng Na+ đã được cấy trên bề mặt hạt nhựa.
• Rửa ngược để sới vật liệu: Sau khi hoạt động 1 thời gian, lớp vật liệu chứa Na+ đã bị thay thế bằng Ca2+ và Mg2+ nên làm giảm khả năng làm mềm nước. Lúc này, thiết bị cần tới vật liệu trong khoảng 10 – 15 phút để rửa hết cặn bẩn.
• Hoàn nguyên: Hoàn nguyên có tác dụng khôi phục lại khả năng trao đổi ngược để các ion Na+ bám trên bề mặt hạt nhựa. Quá trình này được thực hiện bằng cách ngâm hạt nhựa trong dung dịch muối tinh khiết hoặc hóa chất công nghiệp như NaCl.
• Rửa sau khi hoàn nguyên: Sau khi hoàn nguyên, hạt nhựa có chứa một lượng muối hoặc dung dịch tẩy rửa nhất định. Do đó cần cho nguồn nước vào thiết bị lọc với tốc độ chậm 5 – 8 m/h để rửa sạch hạt nhựa. Chú ý xả nước lọc đầu cho đến khi nồng độ ion clo trong nước rửa bằng nồng độ ion clo trong nước nguồn thì ngừng lại và bắt đầu quy trình làm mềm nước.

Ưu điểm:

• Hạt nhựa trao đổi ion có thể hoàn nguyên (hay còn gọi là tái sinh hạt nhựa trao đổi ion) để làm sạch, tái sử dụng chúng nhiều lần mà không tốn kém chi phí mua mới.
• Chi phí làm mềm nước bằng vật liệu này thấp hơn so với các vật liệu có cùng công dụng khác.
• Hạt nhựa chỉ hấp thu các chất có sẵn trong nước nên rất thân thiện với môi trường.
• Năng lượng tiêu tốn nhỏ.

Nhược điểm:

Các hạt nhựa này không thể xử lý được các hợp chất hữu cơ hay ion Fe3+. Vì nếu dùng cho nguồn nước chứa các chất này chúng sẽ bám dính vào các hạt nhựa ion và làm giảm khả năng trao đổi ion của nhựa.

Hạt nhựa trao đổi ion giá bao nhiêu? Nên mua ở đâu?

Theo khảo sát thị trường, giá thành hạt nhựa trao đổi ion không quá cao. Mức giá các loại hạt này chỉ từ 20.000 VNĐ đến 100.000 VNĐ/ túi. Dưới đây là giá thành của một số hạt được nhiều người dùng lựa chọn nhất hiện nay:

• Hạt nhựa trao đổi ion c100 – purolite có giá bán trên thị trường dao động từ 35.000 – 40.000 VNĐ/túi dung tích 25 lít.
• Hạt nhựa anion Purolite A400 có giá bán từ 90.000 – 95.000 VNĐ/túi dung tích 25 lít.
• Hạt nhựa ion T42Na Ấn Độ có giá bán từ 35.000  – 40.000 VNĐ/túi dung tích 25 lít.
• Hạt nhựa ion Cation C-100H có giá 50.000 VNĐ/túi dung tích 25 lít.
• Hạt nhựa trao đổi ion Akualite C107E có giá bán 22.000 – 26.000 VNĐ/túi dung tích 25 lít.

Các loại hạt nhựa này có thể mua trực tiếp hoặc mua online tại các công ty, cửa hàng phân phối vật liệu xây dựng và môi trường. Tuy nhiên, để đảm bảo sản phẩm là hàng chính hãng, chất lượng tốt và có giá phải chăng, bạn cần lựa chọn đơn vị cung cấp hạt uy tín.

Lưu ý khi sử dụng hạt nhựa ion làm mềm nước

Một số lưu ý khi dùng hạt nhựa để xử lý nước cứng:

• Khi hạt nhựa bị bẩn, màu sắc của nó bị thay đổi, mức độ thay đổi này tỷ lệ thuận với độ bẩn của hạt nhựa và thường khó chuyển ngược được. Do đó, trong quá trình sử dụng, phải chú ý đến sự thay đổi màu sắc của hạt  để thay thế.
• Nên lựa chọn các loại hạt nhựa phù hợp với nguồn nước, tốt nhất bạn nên nhờ chuyên gia có kinh nghiệm tư vấn.
• Nếu không có điều kiện sử dụng hạt nhựa ion làm mềm nước, bạn có thể tham khảo các cách làm mềm nước khác như dùng chất hóa học, sử dụng nhiệt, sử dụng máy lọc nước điện giải,… Đặc biệt, nếu sử dụng cho hộ gia đình thì dùng máy lọc nước điện giải là phù hợp nhất. Ngoài giá thành hợp lý, nước sau khi lọc mang tính kiềm cao, vì vậy có thể bổ sung dưỡng chất và bảo vệ sức khỏe toàn diện cho cả gia đình.

Hạt nhựa trao đổi ion là phương pháp làm mềm nước cứng được sử dụng phổ biến hiện nay. Hy vọng với những kiến thức được chia sẻ trên đây sẽ giúp bạn đọc hiểu hơn về loại hạt này và có thể ứng dụng được trong cuộc sống hàng ngày.