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

Cation là một ion mang điện tích dương, được sử dụng trong hệ thống lọc nước dưới dạng hạt nhựa cation. Cùng LabVIETCHEM tìm hiểu kỹ hơn về cation là gì? Đặc điểm, cấu tạo cũng như vai trò của nó đối với quá trình lọc nước.

1. Cation là gì?

Cation là loại ion điện tích dương, có nhiều ứng dụng trong hệ thống lọc nước, thường được sử dụng dưới dạng các hạt nhựa polymer chuyên trao đổi ion. Các hạt này thường tồn tại dưới dạng gel và không hòa tan trong nước. 

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

Cation là gì?

2. Phân loại hạt nhựa cation

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

2.1. Hạt nhựa cationit

Loại này được sử dụng để mềm nước và có hai dạng chính:

- Cationit axit mạnh:  Chứa cấu trúc polystyrene với nhóm sulphonate, đã được điện tích hóa bằng ion natri để mềm nước hoặc các ion hydro để khử khoáng. 

- Cationit axit yếu: Được tạo ra quá trình thuỷ phân polyme acrylic bằng axit sunfuric để tạo ra nhóm cacboxylic. Chúng chứa các hạt cation có axit yếu, thường liên quan đến các ion mang điện tích âm như SO4, SO3, PO4, NO2... Các ion mang điện tích âm này sẽ kết hợp với các cation từ dung dịch kiềm hoặc trung tính để loại bỏ các cation chọn lọc.

Hạt nhựa cationit

2.2. Hạt nhựa anionit

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

- Anionit bazo mạnh: Chứa các chất hóa học thuộc nhóm bazo 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 các anion từ môi trường kiềm hoặc kiềm thổ.

- Anionit bazo yếu: Bao gồm các chất hóa học thuộc nhóm (OH)2 và phân ly trong môi trường kiềm trung tính hoặc axit.

2.3. Hạt nhựa ionit lưỡng tính

Đây là loại cation có khả năng hấp thụ cả ion dương và ion âm, làm cho chúng trở thành một loại chất trao đổi ion đa năng.

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

3. Các đặc điểm của hạt 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 mất đi.

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

- Ổn định nhiệt độ: Hạt nhựa cation ít bị ảnh hưởng bởi biến đổi nhiệt độ môi trường và kháng 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 thể khác, chúng có thể bị vỡ hoặc trầy xước.

4. Vai trò của hạt 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 tác động tiêu cực đối với đời sống hàng ngày và sức khỏe của con người.

Trong bối cảnh sức khỏe con người, nước cứng thường tiếp xúc với cơ thể con người thông qua việc tiêu thụ hàng ngày. Nó thẩm nhập vào cơ thể và chuyển hóa thành các muối cacbonat kết tủa. Những kết tủa này không thể được hấp thụ qua thành ruột và tích tụ trong cơ thể theo thời gian. Điều này có thể dẫn đến việc 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 trong việc tạo bọt và rửa sạch.

- Nó làm mất đi mùi vị của các thức uống như trà và cà phê, cũng như ảnh hưởng đến hương vị của thực phẩm.

- Nước cứng tạo ra các cặn bám, vết ố vàng trên bát đĩa và các dụng cụ nhà bếp, gây khó khăn trong việc làm sạch chúng.

- Nó cũng tăng tiêu tốn năng lượng trên các thiết bị điện gia đình, thậm chí có thể gây ra rò rỉ điện qua các lớp mạng đá vôi, tiềm ẩn nguy cơ đối với tính mạng của con người.

Các hạt nhựa cation có thể giúp ta khắc phục được tình trạng nước cứng.

4.2. Cách làm mềm nước cứng sử dụng hạt nhựa cation

Để làm mềm nước cứng, ta sử dụng hạt nhựa cation dựa trên nguyên tắc trao đổi ion. Quá trình trao đổi ion diễn ra nhanh chóng và theo hướng ngược lại, trong đó các ion tạp chất có trong nước bị thay thế bởi các ion có trong hạt nhựa cation.

Hạt nhựa cation là loại hạt nhựa trao đổi ion dạng axit mạnh, có khả năng loại bỏ các ion gây cứng nước như Ca2+ và Mg2+ bằng cách thay thế chúng bằng ion Na+. 

Khi đặt hạt nhựa cation vào nước, chúng sẽ hấp thụ các cation từ muối tan trong nước lên bề mặt của hạt, đồng thời giải phóng các cation sodium (Na+) vào nước. Tùy thuộc vào mức độ lọc qua hạt cation, các cation trên bề mặt hạt nhựa sẽ dần bị thay thế bởi các ion canxi và magiê. Quá trình trao đổi này diễn ra liên tục cho đến khi dung lượng trao đổi ion của hạt nhựa cation đạt đỉnh điểm, sau đó bạn có thể tái sử dụng lại chúng thông qua việc hoàn nguyên hạt nhựa.

Cơ chế làm mềm nước cứng của hạt nhựa cation

4.3. Ưu điểm của hạt nhựa cation trong việc làm mềm nước

Mặc dù có nhiều phương pháp khác nhau để xử lý nước, 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 suất lọc tối ưu. Trong khi đó, hạt nhựa cation có những ưu điểm sau:

- Loại bỏ tốt canxi, magiê và đá vôi từ nước cứng, làm mềm nước một cách nhanh chóng và hiệu quả, đảm bảo sức khỏe của người sử dụng.

- Giảm nguy cơ mắc các bệnh da liễu xuống mức thấp nhất, bảo vệ làn da khỏi tác động của nước cứng.

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

- Chi phí mua hạt nhựa cation không đáng kể và hiệu quả kinh tế cao.

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

- Hạt cation không hòa tan trong nước, đồng thời 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 sinh hạt nhựa cation, bạn có thể tuân theo các bước sau:

- Bước 1: Trực tiếp đổ dung dịch muối loãng vào lõi lọc chứa hạt cation.

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

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

- Bước 4: Sau khi rửa sạch, vặn chặt nắp của lõi lọc. Lắp lõi lọc lại vào cốc lọc và vặn chặt nắp cốc lọc.

- Bước 5: Lắp lại bộ lọc vào hệ thống và sử dụng nước muối để rửa sạch toàn bộ hệ thống. - Cuối cùng, khởi động lại máy lọc nước để hoàn tất quá trình tái sinh hạt nhựa cation.

Hy vọng với những kiến thức LabVIETCHEM chia sẻ ở trên sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về vai trò của cation đối với đời sống. 

Bài viết liên quan:

Hóa chất xử lý nước là gì? Top 5 hóa chất thông dụng nhất

Phương pháp pha hóa chất xử lý nước thải an toàn và hiệu quả