Parte Escrita - Troca iônica no ETA - Grupo 4 - 271 (1)

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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro 
Campus Nilópolis 
Larissa Kroger 
Laryssa Quintanilha 
Pedro Henrique 
João Marcos 
João Victor 
João Pedro 
Amandia Gabriela 
Troca iônica 
Tratamento de água 
Nilópolis 
2022.1 | 7 Período 
Grupo 4 
Querido leitor, o grupo 4 não é responsável pela escrita dos textos e materiais presentes nas próximas 
páginas. 
O conteúdo é derivado de muitos sites de referência e estarão todos listados na devida página. Para um 
entendimento mais aprofundado, recomendamos que acessem os sites originais
Sumário 
1 Fundamentos da troca iônica......................................................................................2 
2 Principais aplicações industriais das resinas de TI...................................................2 
2.1 Desmineralização...........................................................................................................2 
2.2 Abrandamento (Amolecimento)....................................................................................3 
3 Contaminantes no sistema ETA em TI......................................................................3 
4 Teste de água................................................................................................................4 
5 Equipamentos e SISTEMAS de ETA de TI...............................................................5 
5.1 Desmineralizador de água..............................................................................................5 
5.1.1 Sistema de desmineralização..........................................................................................5 
5.2 Abrandador ou amolecedor............................................................................................6 
5.2.1 Abrandador automático elétricos....................................................................................6 
5.2.2 Abrandadores automáticos não-elétricos........................................................................7 
5.2.3 Abrandador especiais.....................................................................................................7 
5.2.4 Semiautomático..............................................................................................................7 
5.2.5 Automático.....................................................................................................................7 
5.2.6 Regeneração iniciada por demanda (DJR).....................................................................7 
5.2.7 Regeneração fora do local..............................................................................................8 
6 Resinas...........................................................................................................................8 
6.1 Resinas de permuta iônica..............................................................................................8 
6.2 Zeólitas...........................................................................................................................9 
6.2.1 Substituição das zeólitas...............................................................................................10 
6.3 Tipos principais de resinas de troca iônica...................................................................10 
6.3.1 Resinas de troca iônica seletiva....................................................................................11 
6.3.1.1 Aplicações....................................................................................................................11 
6.3.2 Resinas mistas..............................................................................................................11 
6.3.3 Resinas absorventes......................................................................................................12 
6.3.3.1 Aplicações....................................................................................................................12 
6.3.4 Resinas catiônicas.........................................................................................................13 
6.3.4.1 Aplicações....................................................................................................................13 
6.3.4.1.1 Resinas catiônicas fortemente ácidas ...........................................................................13 
6.3.4.1.2 Resinas catiônicas fracamente ácidas...........................................................................13 
6.3.5 Resinas Aniônicas........................................................................................................14 
6.3.5.1 Aplicações....................................................................................................................14 
6.3.5.1.1 Resinas aniônicas fortemente básicas..........................................................................14 
6.3.5.1.2 Resinas aniônicas fracamente ácidas...........................................................................14 
6.3.6 Resinas catalíticas........................................................................................................14 
6.3.6.1 Aplicações....................................................................................................................15 
6.4 Regeneração das resinas...............................................................................................15 
6.5 Composição das resinas................................................................................................16 
6.6 Propriedades físicas das resinas...................................................................................16 
6.7 Propriedades químicas das resinas...............................................................................16 
6.7.1 Capacidade...................................................................................................................17 
6.7.1.1 Capacidade total...........................................................................................................17 
6.7.1.2 Capacidade de operação...............................................................................................17 
6.7.2 Inchaço.........................................................................................................................17 
6.7.3 Seletividade..................................................................................................................18 
6.7.4 Cinética........................................................................................................................18 
6.7.5 Adsorção......................................................................................................................19 
6.7.5.1 Adsorção química........................................................................................................20 
6.7.5.2 Adsorção Física...........................................................................................................20 
6.7.5.3 Troca Iônica.................................................................................................................20 
 6.7.6 Estabilidade..................................................................................................................21 
6.8 Vantagens e desvantagens da TI..................................................................................21 
6.8.1 Vantagens da troca iônica............................................................................................22 
6.8.2 Desvantagens da troca iônica ......................................................................................22 
7 Referências Bibliográficas.........................................................................................22 
 
 
 
 
 
 
 
Fundamentos da troca iônica no tratamento da água 
A troca iônica envolve a remoção de certos contaminantes da água, essencialmente, trocando o 
contaminante por uma substância iônica que éconsideravelmente mais segura. A substância trocada e 
o contaminante precisarão consistir na mesma carga elétrica e precisarão se dissolver em água para que 
o processo funcione como pretendido. 
Um exemplo do processo de troca iônica envolve outro processo conhecido como amolecimento da 
água. O objetivo do amaciamento da água é reduzir efetivamente a quantidade de magnésio e cálcio na 
água. No entanto, a troca iônica também pode ser usada para a remoção de metais tóxicos da água. 
Devido à eficácia do método de troca iônica, esta técnica de purificação de água tem muitas aplicações 
industriais, que incluem desde aplicações de acabamento de metais até a produção de alimentos e 
bebidas. 
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 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 troca 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. 
• Abrandamento 
É um processo parcial de troca iônica, que tem por objetivo a redução dos teores de cálcio e/ou 
magnésio em água dura, fazendo com que a água bruta (potável) passe em um leito de resina catiônica 
forte (ciclo do sódio). Os íons Ca +2 e Mg +2 solúveis na água são retidos no grupamento do ácido 
sulfônico e os íons Na+ da resina são liberados para a água. 
Sendo a dureza da água uma variável relacionada à presença de sais de metais alcalino terrosos, 
predominantemente cátions de Cálcio e de Magnésio, ou de outros metais como Bário, Ferro, 
Manganês, Zinco ou Alumínio. De modo à resumir, uma água é considerada “dura” quando contém 
uma alta concentração desses sais, e “macia” quando os mesmos se encontram em pequenas 
quantidades. 
Retirar a dureza da água é um processo industrial essencial, pois ela é responsável pela incrustação de 
tubos, por atrapalhar a dissolução do sabão e detergente, corrosão acelerada de componentes elétricos 
etc. 
Contaminantes removidos pelo processo de troca iônica e contaminantes não removidos pelo 
processo de troca iônica 
A troca iônica no processo de tratamento de água, pode ser responsável pela remoção de diversos 
contaminantes e o que é removido, varia conforme a finalidade do uso da troca iônica naquele processo 
e o momento do processo no qual ela é feita. 
Nenhum equipamento de tratamento gerencia todos os contaminantes. Todos os métodos de tratamento 
têm limitações e muitas vezes as situações de qualidade da água requerem uma combinação de 
processos de tratamento. O amaciamento da água não remove bactérias, sulfeto de hidrogênio, lodo ou 
areia, chumbo, nitrato, pesticidas e muitos outros compostos orgânicos e inorgânicos 
Teste de água 
Antes de usar um sistema de tratamento de água equipado com tecnologia de troca iônica, é comum 
testar a composição da água para determinar quanto tratamento é necessário. Embora vários tipos 
diferentes de sensores possam ser usados para testar qualquer amostra de água, os principais sensores 
que podem ajudá-lo durante esse processo são os sensores de pH. O pH da água pode variar de 0 a 14. 
Qualquer medição abaixo de 7,0 é considerada ácida. Acredita-se que todas as medições acima de 7,0 
sejam alcalinas. 
A composição exata da água que você está procurando depende do tipo de aplicação para a qual a água 
está será usada. Embora se acredite que a água alcalina tenha menos contaminantes do que a água ácida, 
uma solução alcalina pode conter altos níveis de magnésio e cálcio, o que pode levar ao 
desenvolvimento de água dura. Esse tipo de água pode causar acúmulo de incrustações em tubulações 
e outros equipamentos industriais, que é quando o processo de troca iônica pode ser usado para amaciar 
a água. 
Por outro lado, a água ácida geralmente ocorre quando altas concentrações de contaminantes como 
cobre e ferro estão presentes na água. Esses contaminantes podem ser prejudiciais ao consumo e podem 
até fazer a água cheirar mal. Se você está tentando alcançar um equilíbrio de pH mais neutro, você 
deve primeiro testar a água para identificar quais são os níveis atuais de pH. As leituras que você obtém 
podem então informar a troca iônica restante e o processo de tratamento de água que ocorre. 
Equipamento e alguns processos de tratamento de água no sistema de troca iônica: 
▪ Desmineralizador de água 
A unidade de desmineralização é um equipamento projetado para fornecer água pura, a qual é medida 
através da condutividade elétrica provocada pela presença de íons inorgânicos (cátions e ânions), que 
são prejudiciais a alguns processos industriais, necessitando-se, assim, fazer sua remoção. Para isto, 
basta colocar a água em contato com as resinas trocadoras de íons, que têm a capacidade de removê-
las. 
É fornecida a resina catiônica, para remoção de cátions (íons Ca2+, Mg2+ e Na+); e a aniônica para os 
ânions (íons HCO3, SiO2, CO2, Cl- e SO4-2). Ambas têm capacidade de troca limitada. Quando chegam 
ao seu limite de retenção, precisam ser regeneradas, utilizando uma solução de HCl em água (ácido 
clorídrico) e NaOH em água (soda cáustica), para a catiônica e aniônica, respectivamente, eliminando 
assim as impurezas retidas pelo dreno do equipamento. 
Para proteger as resinas do cloro livre, é instalada uma coluna de carvão ativo. 
▪ Sistema de desmineralização 
 
1 - Bomba de alimentação 
2 - Tubulação de operação (verde) 
3 - Tubulação de drenagem (marrom) 
4 - Tubulação de dosagem de reagente da regeneração (azul) 
5 - Válvulas de manobra 
6 - Bomba dosadora de reagente de regeneração 
7 - Rotâmetro 
8 - Condutivímetro 
9 - Manômetro 
10 - Coluna de carvão ativo 
11 - Coluna catiônica 
12 - Coluna aniônica 
13 - Saída de água desmineralizada 
14 - Boca de inspeção superior 
15 - Boca de inspeção inferior 
16 - Boca de inspeção intermediária 
▪ Abrandador ou amolecedor de água 
O equipamento é um vaso de pressão normalmente produzido em aço carbono ou fibra de vidro, com 
resinas catiônicas em seu interior, elas são as responsáveis pela remoção da dureza. Os abrandadores 
possuem vazões diferenciadas e podem ser automáticos ou não, elétricos ou não. 
a) Abrandadores Automáticos Elétricos – Utilizam como padrão o processo com tanque único e têm a 
facilidade da programação de regeneração ser por vazão (através de medidor de vazão integrado) ou 
por tempo programado na válvula automática. Existe também a possibilidade de projetos especiais de 
sistemas com tanques duplos, para assegurar a disponibilidade contínua de água tratada. Enquanto um 
tanque é regenerado, o outro fornece água tratada. 
b) Abrandadores Automáticos Não-Elétricos – Utilizam um projeto de tanque duplo para assegurar a 
disponibilidade contínua de água tratada. Enquanto um tanque é regenerado, o outro fornece água 
tratada. Uma única válvula controla o momento em que cada tanque deve estar em serviço, quando ele 
deve ser regenerado eo processo de regeneração completo. O sistema é totalmente automático mesmo 
não necessitando de energia elétrica. 
c) Sistemas de Abrandamento Especiais – São dimensionados e projetados de acordo com a necessidade 
de cada cliente. Já são projetados com possibilidade de pré-tratamento (analisado em cada situação 
pela análise de água do cliente), CLP e integração com automação dos clientes. 
Os amaciadores de água de troca iônica também podem ser classificados em: 
a) Semiautomático: Estes requerem que o operador inicie o ciclo de regeneração. As etapas necessárias 
para completar a regeneração e retornar ao serviço são feitas automaticamente pelos controles do 
amaciador. 
b) Automático: Os amaciadores totalmente automáticos são normalmente equipados com um 
temporizador que inicia automaticamente o ciclo de regeneração e as etapas necessárias nesse processo. 
O operador apenas define o temporizador e adiciona sal conforme necessário. A regeneração 
geralmente é feita durante períodos de baixo uso de água, como entre meia-noite e 4h. 
c) Regeneração iniciada por demanda (DIR): As unidades de regeneração iniciadas por demanda iniciam 
e tratam as operações de regeneração automaticamente em resposta à demanda por água tratada. A 
necessidade de regeneração é determinada medindo galões de água usados ou a mudança na 
condutividade elétrica do leito de resina, ou detectando uma mudança na dureza da água. As unidades 
DIR podem ter dois tanques de amolecimento e um tanque de salmoura para que um tanque possa ser 
amolecido enquanto o outro está recarregando. As unidades DIR podem levar a um menor uso geral de 
sal e água, uma vez que a regeneração só é feita quando necessário. 
d) Regeneração fora do local: Estão disponíveis unidades de aluguel em que o tanque de resina é trocado 
em casa e depois recarregado em um local central. 
Resinas 
As resinas de troca iônica podem ser sintéticas ou produzidas industrialmente. Essas resinas são 
compostas por pequenas esferas microporosas que são conhecidas por serem insolúveis em solventes 
orgânicos e água. Os materiais primários que compõem essas resinas são o poliacrilato e o poliestireno. 
Na maioria dos casos, o diâmetro do cordão varia de 0,3 a 1,3 milímetros. Essas contas consistem em 
50% de água e têm uma textura semelhante a gel. 
Os íons dentro dos grânulos de resina podem ser carregados negativamente ou positivamente. Os 
contaminantes carregados positivamente na água irão interagir com os ânions carregados 
negativamente. Por outro lado, contaminantes carregados negativamente podem interagir com os 
cátions carregados positivamente nas esferas de resina. 
A finalidade dos grânulos de resina no tratamento de água é capturar os contaminantes na água. Esteja 
tentando suavizar a água dura ou se livrar de contaminantes e poluentes em água ácida, o processo de 
troca iônica pode ser benéfico. 
➢ Resina de permuta iónica 
Os tipos de resina variam conforme sua aplicação. Os mais comuns são catiônica (remoção de cátions), 
aniônica (remoção de ânions), leito misto (mistura de resinas catiônica e aniônica), adsorvente 
(aplicação específica), seletiva (resina com maior tendência em remover um tipo específico de íon) e 
catalítica (promover reações químicas de forma mais rápida). "Quando comparada a outras vias de 
desmineralização, a troca iônica apresenta menor consumo energético, maior aproveitamento da água 
de alimentação do sistema e qualidade superior da água resultante) 
Uma resina de troca iônica ou polímero de troca iônica é uma matriz insolúvel (ou estrutura de suporte) 
normalmente na forma de pequenas esferas (0,5-1 mm de diâmetro), geralmente brancas ou 
amareladas, fabricadas a partir de um substrato de polímero orgânico. Os grânulos são tipicamente 
porosos, proporcionando uma área de superfície elevada. O aprisionamento de íons ocorre com a 
liberação concomitante de outros íons; assim, o processo é chamado de troca iônica. Existem vários 
tipos de resina de troca iônica. A maioria das resinas comerciais são feitas de sulfonato de poliestireno. 
As resinas de troca iônica são amplamente utilizadas em diferentes processos de separação, purificação 
e descontaminação. Os exemplos mais comuns são o amaciamento da água e a purificação da água. 
Em muitos casos, resinas de troca iônica foram introduzidas em tais processos como uma alternativa 
mais flexível ao uso de zeólitas naturais ou artificiais. 
➢ Zeólita 
Zeólitas são aluminossilicatos hidratados altamente cristalinos do grupo dos metais alcalinos e alcalinos 
terrosos, cujo às propriedades físico-quimicas (arranjo estrutural, cavidades microporosas, grande 
superfície de contato), atuam como poderosos elementos filtrantes. 
As condições de temperatura, pressão, atividade das espécies iônicas e pressão parcial da água são 
fatores determinantes na formação das diferentes espécies de zeólitas já que se formam em locais onde 
rochas vulcânicas e cinza vulcânica reagem com água alcalina. Já as sintéticas são fabricadas a partir 
de materiais variados, como resíduos de indústrias, argilominerais, dentre outros. 
Tendo sua eficácia reconhecida por remover ferro, manganês e certos metais pesados e elementos 
radioativos em água industrial. São comumente encontradas em sistemas e equipamentos de filtragem 
utilizados para diversas finalidades. Por exemplo: tratamento de água para consumo humano, refino de 
petróleo, purificação dos gases, fabricação de fármacos, agronegócio, tratamento de efluentes 
indústrias, etc. 
• Substituição das zeólitas 
A troca iônica, no entanto, passou a ser uma opção melhor, por possuir uma capacidade de troca cerca 
de 3 vezes maior que a da zeólita por pé cúbico e por possuir um equipamento menor e mais eficiente. 
O zeólito foi utilizado durante anos como um dos meios mais importantes para a retirada de metais 
pesados da água. Entretanto, uma nova e mais econômica tecnologia tem sido priorizada para o 
abrandamento e desmineralização. 
Com essa nova tecnologia, os sítios ativos que levam mais tempo para realizar a troca iônica são 
eliminados, os quais são os mais difíceis de se regenerar e os mais suscetíveis à contaminação. 
Economizando então de 20% a 30% de químicos para uma igual ou melhor performance operacional, 
com água mais pura como resultado e até 50% menos água no processo de diluição e lavagem. 
Tipos principais de resinas de troca iônica 
Existem resinas tipo catiônicas, aniônicas, mistas, absortivas, 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 
➢ Resina de troca iônica seletiva 
Resinas de troca iônica seletiva, na presença de uma solução, alcançam estado de equilíbrio entre os 
íons da solução e os íons presentes no grupo funcional da resina. A partir deste estado de equilíbrio, 
podem ser definidos coeficientes de seletividade baseados na razão dos íons da solução versus os íons 
nas resinas. Efetivamente, estes coeficientes de seletividade são uma medida de preferência por um 
determinado íon, em uma solução, a um determinado pH desta solução. Quanto maior o coeficiente de 
seletividade, maior a preferência da resina por este determinado íon. Resinas seletivas possuem grupos 
funcionais específicos e, por isso, alta seletividade por determinados íons, promovendo a separação 
deles de uma determinada solução e permitindo a passagem dos demais íons. 
• Aplicações 
Podemos citar como as principaisaplicações para resinas de troca iônica seletiva: 
o Indústria de mineração: recuperação de cobre, cobalto, níquel, urânio, ouro, platina, entre outros. 
o Potabilização de água: remoção de nitrato, fluoreto, boro, arsênico, perclorato, entre outros. o 
Galvanoplastia: recuperação de íons metálicos como níquel, cobre, cromo, zinco, entre outros. 
➢ Resina mista 
A resina mista para filtro é classificada como uma resina de troca iônica, compondo o produto 
em forma de grânulos. Possui em suas moléculas radicais ácidos ou básicos, que podem ser 
trocados por diferentes íons quando estão em solução. 
➢ Resinas adsorventes 
Utilizando um sistema diferente de troca iônica e reversível, esses produtos são projetados para 
fixar em solução compostos não iônicos (principalmente moléculas orgânicas) em solventes 
polares e apolares. 
Os fenômenos envolvidos na adsorção em sólidos são extremamente complexos e, portanto, a 
capacidade de adsorção dessas resinas depende de uma série de fatores, dos quais os principais 
são apresentados a seguir: 
a. A composição química da espinha dorsal (poliestireno, poliacrílico, formofenólico); 
b. A natureza dos grupos funcionais adsorventes polares (aminas secundárias, aminas terciárias, 
amônio quaternário); 
c. de polaridade; 
d. Porosidade (produtos geralmente macroporosos com poros de até 130 nm) superfície específica: até 
750 m 2 ·g –1; 
e. Hidrófila; forma de grão. 
 
• Aplicações 
o proteger as cadeias de troca iônica fixando a poluição presente na água de entrada (ácido 
húmico, detergentes...); 
o remoção de cor de xaropes de açúcar, glicerina, mosto de uva, soro de leite…; o separação, 
purificação, concentração na indústria farmacêutica e química sintética. 
➢ 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 
o abrandamento e desmineralização; o polimento de condensado; o 
tratamento de efluentes; o Tratamento de açúcar e galvanoplastia. 
Resinas Catiônicas Fracamente Ácidas 
o Tratamento de condensado amoniacal e fixação de antibióticos. 
➢ 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 Fortemente Básicas 
o Produção de água desmineralizada e descoloração de soluções orgânicas 
o Remoção seletiva de flúor; 
o Polimento de condensado. 
Resinas Aniônicas Fracamente Básicas 
o Produção de água desmineralizada e descoloração de soluções orgânicas. 
➢ Resina Catalítica 
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 
A. Alquilação aromática; 
B. Éter e esterificação; 
C. Remoção de ácidos; 
D. Remoção de sais metálicos e iodetos de alquila; 
E. Síntese de Bisfenol-A. 
➢ Regeneração da resina 
O processo de “reativação” é chamado de regeneração e é realizado usando um ácido forte para o cátion 
(como fonte de íons hidrônio) e cáustico líquido (hidróxido de sódio) como fonte de íons hidroxila para 
o ânion. A resina é regenerada no local usando ácido clorídrico ou sulfúrico e hidróxido de sódio 
(cáustico) para regenerar o cátion e o ânion, respectivamente. Os controles fazem com que a resina 
retrolava e, em seguida, extraia uma quantidade definida de produto químico regenerador por um 
período especificado e a uma taxa de fluxo especificada, seguida por um enxágue lento e rápido. No 
caso de resina de leito misto, uma retro lavagem controlada faz com que a resina se separe e dois 
manifolds funcionam para direcionar o ácido para o cátion e o cáustico para o ânion. Alternativamente, 
a resina pode ser fornecida em recipientes. 
A substância primária remanescente do processo é chamada de “regenerante gasto”. Ele contém não 
apenas todos os íons removidos, mas também quaisquer íons regenerantes extras, e também terá um 
alto nível de sólidos totais dissolvidos. O regenerante pode ser tratado em uma instalação municipal de 
águas residuais, mas as descargas podem exigir monitoramento. 
➢ Composição da resina 
As resinas de troca iônica são normalmente produzidas como pequenas esferas fabricadas a partir de 
um material polimérico (geralmente poliestireno ou [menos frequentemente] polímeros acrílicos). 
Durante o processo de polimerização, o estireno é combinado com o divinilbenzeno (DVB) para formar 
um polímero reticulado; este processo de reticulação resulta em maior estabilidade quando comparado 
a materiais não reticulados. Grupos ativos são adicionados à resina após o processo de polimerização 
para determinar o tipo de troca iônica desejável. Cada grânulo de resina de copolímero possui uma 
estrutura semelhante a gel e é capaz de expandir e contrair em líquidos; eles também contêm numerosos 
poros de superfície para aprisionar íons. 
➢ Propriedades físicas da resina 
As resinas de troca iônica convencionais consistem em uma matriz polimérica reticulada com uma 
distribuição relativamente uniforme de sítios iônicos ativos em toda a estrutura. Os materiais trocadores 
de íons são vendidos como esferas ou às vezes grânulos com tamanho e uniformidade específicos para 
atender às necessidades de uma aplicação específica. A maioria é preparada na forma esférica 
(grânulo), como resina convencional com uma distribuição de tamanho de partícula polidispersa de 
cerca de 0,3 mm a 1,2 mm (malha 50-16) ou como resina de tamanho de partícula uniforme (UPS) com 
todos os grânulos em uma partícula estreita faixa de tamanho. No estado inchado pela água, as resinas 
de troca iônica normalmente apresentam uma gravidade específica de 1,1-1,5. A densidade aparente 
instalada em uma coluna inclui um volume normal de vazios de 35-40% para um produto esférico. 
Densidades a granel na faixa de 560-960 g/l (35-60 lb/ft 3 ) são típicas para produtos resinosos úmidos. 
➢ Propriedades químicas da resina 
● Capacidade 
A capacidade de troca iônica pode ser expressa de várias maneiras. 
• Capacidade total: o número total de sítios disponíveis para troca, é normalmente determinada após a 
conversão da resina por técnicas de regeneração química para uma determinada forma iônica. O íon é 
então removido quimicamente de uma quantidade medida da resina e determinado quantitativamente 
em solução por métodos analíticos convencionais. A capacidade total é expressa em um peso seco, 
peso úmido ou volume úmido. A absorção de água de uma resina e, portanto, suas capacidades de peso 
úmido e volume úmido dependem da natureza da estruturado polímero, bem como do ambiente em 
que a amostra é colocada. 
 
• Capacidade de operação: é uma medida do desempenho útil obtido com o material de troca iônica 
quando ele está operando em uma coluna sob um conjunto de condições prescritas. Depende de vários 
fatores, incluindo a capacidade inerente (total) da resina, o nível de regeneração, a composição da 
solução tratada, as taxas de fluxo através da coluna, temperatura, tamanho e distribuição das partículas 
● Inchaço 
O inchamento de água de um trocador de íons é principalmente uma hidratação dos grupos iônicos 
fixos e aumenta com o aumento da capacidade até os limites impostos pela rede polimérica. Os volumes 
de resina mudam com a conversão em formas iônicas de diferentes graus de hidratação; assim, para 
um trocador de cátions, há uma mudança de volume com as espécies de íons monovalentes, Li + > Na 
+ > K + > Cs + > Ag + . Com íons polivalentes, a hidratação é reduzida pela ação de reticulação; 
portanto, Na + > Ca2 + > Al 3+ . Em soluções mais concentradas, menos água é absorvida devido à 
maior pressão osmótica. 
● Seletividade 
A resina apresenta um grau de preferência por um íon em relação ao outro; este fenômeno é chamado 
de seletividade (ou afinidade) no processo de troca (Marhol, 1982). A seletividade dos cátions e ânions 
para um mesmo trocador, em solução diluída (< 0,1 mol L-1) aumenta com a carga iônica do íon 
investigado. Íons polivalentes são ligados mais efetivamente ao trocador quando comparados com os 
monovalentes nas mesmas condições. 
Para íons de mesma carga, a seletividade é inversamente proporcional ao raio hidratado (Marhol, 
Basicamente, a seletividade de um trocador: 
1. Aumenta com o grau de reticulação; 
2. Íons com um menor raio iônico efetivo hidratado são preferencialmente adsorvidos; 
3. Diminui com o aumento da temperatura em consequência da diminuição da camada de 
hidratação iônica, conduzindo a diminuição da diferença entre o raio iônico efetivo hidratado 
Os coeficientes de seletividade da resina foram determinados para uma variedade de espécies iônicas 
e relacionados a H + para cátions e OH – para ânions, aos quais são atribuídos valores de seletividade 
de 
● Cinética 
A cinética é dita como a velocidade com que a troca iônica ocorre. O processo de troca iônica envolve 
difusão através do filme de solução que está em contato próximo com as resinas e difusão dentro da 
partícula de resina. A difusão do filme é controladora de taxa em baixas concentrações e a difusão de 
partículas é controladora de taxa em altas concentrações. Seja a difusão do filme ou a difusão de 
partículas o mecanismo de controle da taxa, o tamanho das partículas da resina também é um fator 
determinante. As resinas de tamanho de partícula uniforme exibem um desempenho cinético 
aprimorado em comparação com as resinas polidispersas convencionais devido à ausência de grânulos 
maiores cineticamente lentos. O tamanho de partícula da resina também é um fator determinante: As 
resinas de tamanho de partícula uniforme exibem um desempenho cinético aprimorado em comparação 
com as resinas polidispersas convencionais devido à ausência de grânulos maiores cineticamente 
lentos. o tamanho de partícula da resina também é um fator determinante. As resinas de tamanho de 
partícula uniforme exibem um desempenho cinético aprimorado em comparação com as resinas 
polidispersas convencionais devido à ausência de grânulos maiores cineticamente lentos. 
● Adsorção 
A adsorção é o processo físico-químico em que as moléculas, íons ou átomos ficam retidos na superfície 
de uma substância, em geral, substâncias sólidas. Tal processo só ocorre na superfície e, por isso, é 
chamado de fenômeno de superfície ou de interface. 
No processo de adsorção, os átomos da substância são atraídos e retidos na superfície de um sólido ou 
líquido, resultando no aumento da concentração de moléculas presentes nessa superfície. 
Os materiais sólidos de aspecto poroso são os que possuem maior capacidade de adsorção, no entanto, 
depende-se de alguns fatores como: temperatura, pressão e da área da superfície do material. 
Existem dois tipos de adsorção, a química (quimissorção) e a física (fisissorção), em ambos estão 
envolvidos dois elementos: 
o Adsorvatos: é a substância líquida ou gasosa que fica retida na superfície; 
o Adsorventes: é a substância sólida que acarreta a retenção da substância. 
 
• Adsorção Química 
A quimissorção ocorre quando as moléculas, átomos ou íons se unem na superfície do adsorvente 
através das ligações químicas (ligação covalente) e se alojam em partes que ocasionam uma grande 
coordenação com o substrato. Não é considerada um processo de ligação química propriamente dita, 
chega próximo por envolver elétrons, mas é um pouco mais fraca. Geralmente usada na separação de 
misturas, para que a adsorção química aconteça é necessário que o adsorvente e o adsorvato se 
reconheçam e reajam. Isto é, é necessário que ocorra uma interação direcionada entre eles. Por envolver 
reações químicas que ocasionam a formação de outra substância de superfície, a quimissorção é 
irreversível, pois no processo ocorre a modificação de propriedades dos materiais envolvidos. 
• Adsorção Física 
A fisissorção, também chamada de adsorção de Van der Waals , acontece através das forças de Van 
der Waals (dipolo-dipolo ou dipolo induzido). Ocorre quando as moléculas do adsorvente interagem 
por meio desta com as moléculas do adsorvato. Nesse processo não existem ligações químicas, fazendo 
com que seja reversível. Além disso, não há alteração das propriedades do adsorvato nem do 
adsorvente, mantendo a natureza química. 
• Troca Iônica 
Esse processo acontece por meio da troca de substâncias de mesma carga entre o adsorvato e o 
adsorvente, gerando um acúmulo na resina/zeolita, ou seja, um solido insolúvel remove íons em uma 
quantidade equivalente, sem que ocorram mudanças estruturais no sólido. 
● Estabilidade 
Agentes oxidantes fortes, como ácido nítrico ou crômico, degradam rapidamente as resinas de troca 
iônica. A degradação mais lenta com oxigênio e cloro pode ser induzida cataliticamente. Por esta razão, 
certos íons metálicos, por exemplo, ferro, manganês e cobre, devem ser minimizados em uma solução 
oxidante. Com trocadores de cátions, o ataque é principalmente a espinha dorsal do polímero. Resinas 
de cátions altamente reticulados têm uma vida útil estendida devido ao grande número de locais que 
devem ser atacados antes que o inchamento reduza a capacidade baseada no volume útil e produz 
propriedades físicas inaceitáveis, por exemplo, redução da resistência ao esmagamento e aumento da 
queda de pressão. Com os trocadores aniônicos, o ataque ocorre primeiro nos grupos funcionais mais 
suscetíveis, levando à perda da capacidade total e/ou conversão da capacidade de base forte em base 
fraca. Os limites de estabilidade térmica são impostos pela força da ligação carbono-nitrogênio no caso 
de resinas aniônicas. Esta força é sensível ao pH e o pH baixo aumenta a estabilidade. Uma limitação 
de temperatura de 60°C (140°F) é recomendada para operações de ciclo de hidróxido. A estabilidade 
da resina catiônica também depende do pH; a estabilidade à hidrólise da ligação carbono-enxofre 
diminui com a diminuição do pH. No entanto, eles são muito mais estáveis que os ânions e podem ser 
operados até 150°C (300°F). 
● Estrutura e Fabricação da Resina 
A fabricação de resinas de troca iônica envolve a preparação de um copolímero de esferas reticuladas 
seguida de sulfonação no caso de resinas catiônicas de ácido forte, ou clorometilação e Amin ação do 
copolímero para resinas aniônicas. 
Vantagens e desvantagens da troca iônica em aplicações industriais 
Existem muitas vantagens e desvantagens de usar o processo de troca iônica em aplicações industriais. 
Entender quais são esses prós/contras deve ajudá-lo a identificar se essa técnica é adequada para vocêe para o aplicativo para o qual você gostaria de usá-la. 
Vantagens da troca iônica 
× Poder regenerar a resina que é usada 
× O investimento inicial é consideravelmente mais acessível do que outros métodos de tratamento de 
água 
× É extremamente eficaz na remoção de íons inorgânicos da água 
Desvantagens da troca iônica 
× Os custos de longo prazo são altos quando se trata de operar equipamentos de troca iônica 
× Incapaz de remover eficazmente as bactérias da água 
× Embora os leitos de troca iônica possam ser regenerados, a água salgada é enviada diretamente para 
o meio ambiente durante esse processo 
 
 
 
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