رزین(Resin) در لغت‌نامه به معنای صمغ بوده و به ماده‌ای عالی به رنگ زرد مایل به قهوه‌ای است که در گذشته از شیره درختان به‌ویژه درخت کاج تهیه می‌شده است. برای استخراج آن بر روی شاخه و تنه درخت برشی ایجاد می‌کردند پس از مدتی از محل برش صمغ آن خارج می‌شد.
این صمغ در آب نامحلول بوده ولی در الکل حل‌شده است به دلیل همین ویژگی از آن برای عایق‌بندی قایق، ظروف غذا، ساخت جواهر، لاک، عطر و بسیاری موارد دیگر مورداستفاده قرار می‌گرفت.
کلمه رزین برای بسیاری از پلیمرها طبیعی و مصنوعی استفاده می‌شود و از منابع مختلفی مانند حیوانات، گیاهان، مواد معدنی و سایر منابع طبیعی ساخته می‌شود که از اسفالت، کهربا، قیر به‌عنوان نمونه از آن نام برد.
رزین‌ها را می‌توان برحسب کاربردشان دسته‌بندی کرد که عبارت‌اند از تبادل یونی، وینیلاستر، پلی‌استر، اپوکسی، اکریلیک، آلکیدی، وینیلاستر، پلی‌استر و پلییورتان
در بین انواع آن، رزین تبادل یونی برای کاهش سختی آب به‌عنوان مدیاهای تصفیه شیمیایی در فیلتراسیون آکواریوم مورداستفاده قرار می‌گیرد. با توجه به استفاده گسترده از این مدیا در صنعت آکواریوم در این مقاله به بررسی نوع تبادل یونی پرداخته‌ایم و هر جا در این مقاله از کلمه رزین استفاده شد منظور همان نوع تبادل یونی آن است.
رزین چیست؟
رزین ماده‌ای چسبناک است و جزئی از پلیمرها محسوب می‌شود که در دو حالت نیمه جامد و جامد تولیدشده و برحسب کاربرد خود با استفاده از مواد سخت‌کننده (هاردنر) می‌تواند سخت شود. رزین به‌صورت طبیعی و مصنوعی تولیدشده و رنگ مصنوعی آن همانند نوع طبیعی زرد مایل به قهوه‌ای است که برحسب کاربرد آن به‌صورت شفاف نیز ساخته می‌شود.
رزین‌های استفاده‌شده در فیلتراسیون آکواریوم شبیه تخم ماهی بوده و به دلیل توانایی آن برای کاهش سختی آب و افزایش خاصیت اسیدی آب، استفاده از آن برای ماهی‌های آنجل، اسکار و دیسکس توصیه می‌شود.
تاریخچه رزین
یک خاک‌شناس انگلیسی در سال 1850 متوجه تبادل یونی در برخی یون‌های خاک از جمله یون آمونیوم با یون کلسیم و منیزیم شد. در پی این اکتشاف پژوهشگران متوجه تبادل یونی سیلیکات آلومینیوم موجود در خاک شده و با ترکیب محلول سولفات آلومینیوم و سیلیکات سدیم موفق به ساخت ژل سیلیکات آلومینیوم به‌عنوان اولین رزین مصنوعی تولیدشده با آلومینیوم شدند و با این کار نظریه تبادل یونی را ثابت کردند.
در سال 1870 پژوهشگران ثابت کردند برخی از کانی‌های طبیعی مانند زئولیت توانایی تبادل یونی دارند؛ زئولیت نوعی از رزین معدنی است که با تبادل یونی، یون‌های سدیم خود را با یون‌های سخت‌کننده آب شامل کلسیم و منیزیم جایگزین و آن‌ها را ته‌نشین می‌کند؛ به دلیل استفاده از یون سدیم در زئولیت برای کاهش سختی آب به زئولیت سدیمی مشهور شد.
زئولیت‌های سدیمی یون‌های سدیم خود را فقط با کلسیم و منیزیم آب جایگزین کرده و سایر آنیون‌ها مانند کلراید، سیلیکات‌ها و سولفات بدون تغییر در آب باقی می‌ماند. سولفات، کلراید و سیلیکات باقی‌مانده در آب باعث آسیب و خوردگی لوله‌های تجهیزات صنعتی شده و همین امر باعث ایجاد محدودیت در استفاده از این آب‌ها می‌شود.
زئولیت‌های کاتیونی هیدروژنی در سال 1930 در هلند ساخته شد که فاقد سیلیس بوده و به‌جای سدیم هیدروژن فعال داشتند به همین دلیل به تعویض‌کننده کاتیونی هیدروژن معروف شدند. زئولیت‌های کاتیونی تمام نمک‌های محلول در آب را به اسیدهای همان نمک تبدیل کرده و می‌توانستند به‌طور هم‌زمان سختی آب و PH آب را کاهش دهند.
در سال 1944 به‌منظور بهبود صنعت تصفیه آب آزمایش‌های مختلفی صورت گرفت که منجر به تولید رزین‌های آنیونی شد. با این اختراع از این رزین‌ها برای حذف آنیون‌های آب از جمله سیلیس و از رزین‌های کاتیونی هیدروژنی برای حذف کاتیون‌های آب از جمله کلسیم و منیزیم استفاده‌شده و آب بدون آنیون تولید شد.
پژوهشگران در سال 1950 موفق به اختراع رزین‌های تعویض یونی ضعیف شدند که این اختراع موجب صرفه‌جویی در مصرف مواد شیمیایی برای تولید و احیاء آن شد.
انواع رزین
همانطور که گفته شد بر اساس منشأ شکل‌گیری رزین‌ها به دو نوع طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شوند.
رزین‌های طبیعی ماده قابل اشتعال که رنگ زرد مایل به قهوه‌ای داشته و از منابع طبیعی مانند گیاهان و حیوانات تهیه می‌شود؛ این ماده در مواد عالی محلول بوده ولی در آب به‌صورت نامحلول است.
رزین مصنوعی از لحاظ فیزیکی مشابه نوع طبیعی خود بوده ولی از لحاظ شیمیایی متفاوت است و به سه دسته آنیونی، کاتیونی و مختلط تقسیم می‌شود که در صنعت تصفیه آب به‌صورت گسترده مورداستفاده قرا می‌گیرد. رزین‌های مصنوعی برحسب قدرت به دو نوع قوی و ضعیف تقسیم می‌شود که نوع ضعیف آن نسبت به نوع قوی مقاوم‌تر است و به همین دلیل در سیستم تصفیه ابتدا نوع ضعیف قرارگرفته و پس‌ازآن نوع قوی قرار می‌گیرد.
رزین قوی: این نوع کلیه کاتیون‌های آب را جذب کرده و در محدوده وسیعی از خاصیت اسیدی به‌کاربرده می‌شود.
رزین ضعیف: این نوع صرفاً کاتیون‌های قلیایی آب را جذب و به اسید کربنیک تبدیل می‌کند و در محدوده کوچکی از خاصیت اسیدی به‌کاربرده می‌شود.
استفاده از مدیای شیمایی رزین در فیلتراسیون
در تصفیه شیمیایی از این ماده به‌عنوان مدیای شیمیایی استفاده می‌شود. این مدیا برای کاهش سختی آب در فیلتراسیون آکواریوم‌ها مورداستفاده قرارگرفته و ازآنجاکه برای کاهش میزان GH آب با ترکیبات محلول در آب واکنش شیمایی می‌دهد، جزء مدیاهای شیمیایی دسته‌بندی می‌شود.
کاربرد رزین در کاهش سختی آب
آب سخت به آبی اطلاق می‌شود که حاوی مقدار زیادی کلسیم و منیزیم محلول در خود داشته باشد؛ GH بالا در آب باعث بیماری در موجودات زنده و کاهش عمر تجهیزات صنعتی شده می‌شود لذا برای جلوگیری از آسیب‌های آن بایستی از سختی آب کاسته شود.
در آب سخت رزین‌های آنیونی کلر و گوگرد را خنثی کرده و رزین کاتیونی، یون سدیم خود را با یون کلسیم مبادله کرده و آن را ته‌نشین می‌کند و با فلزات سنگین نیترات، فسفات و سایر فلزات واکنش داده و آن‌ها را جذب می‌کند. در تعویض یونی آنیون‌های و کاتیون‌های محلول با آنیون‌ها و کاتیون‌های رزین تعویض شده و هر دو از لحاظ الکتریکی خنثی باقی می‌ماند.
در سیستم تصفیه آب اعم از خانگی و آکواریومی از فیلترهای ترکیبی آنیونی و کاتیونی به‌صورت مختلط استفاده می‌شود.
برای کاهش سختی آب، رزین را در یک لوله ریخته و دو سر آن را به توری بسته و در مسیر آب، داخل سیستم فیلتراسیون آکواریوم قرار دهید؛ برای کاهش سختی آب با این روش بایستی شدت‌جریان آب کم باشد تا این مدیا زمان کافی برای تبادل یونی و جذب فلزات سنگین داشته باشد.
کاربرد رزین در دستگاه تصفیه آب
رزین‌های کاتیونی می‌توانند کلسیم، منیزیم، آهن، هیدروژن و انواع آنیونی آن کلر و گوگرد را از آب جدا می‌کنند. از فیلترهای مختلط این مدیا برای تصفیه آب در مصارف خانگی و آکواریوم‌های خانگی استفاده می‌شود و همین امر باعث جذب نوتریشن های مفید آب که وجود آن‌ها برای موجودات زنده ضروری است خواهد شد.
با توجه به حذف نوتریشن‌های آب نباید از این آب تصفیه‌شده با این روش برای نوشیدن استفاده کرد مگر اینکه مقداری آب شیر به آن اضافه نموده و یا در مرحله آخر تصفیه آب به‌منظور اضافه نمودن نوتریشن‌های حذف‌شده از یک فیلتر دیگر استفاده شود.
احیاء رزین
رزین به‌مرور خاصیت خود را از دست می‌دهد و برای احیا کردن آن کافی است صد گرم کلراید سدیم یا همان نمک خالص (نمک ید دار و سنگ نمک باعث ازبین رفن رزین می شود) را در سه لیتر آب گرم حل کرده سپس رزین را به مدت بیست دقیقه در آن غرق کرده و پس‌ازآن با آب شیرین شستشو دهید.
برای تشخیص رزین نو از استفاده‌شده کافی است مقداری از آن را برداشته و فوت کنید درصورتی‌که به هوا بلند شد قبلاً از آن استفاده و احیاء شده است. یک‌راه دیگر برای تشخیص دقت در رنگ آن است برای مثال در تصاویر زیر بسته اول استفاده‌نشده، ولی بسته دوم مقداری استفاده‌شده است و بسته سوم نیز به مدت طولانی مورداستفاده قرارگرفته است.
با سپاس از اینکه سایت تنگیتو را برای مطالعه این مقاله انتخاب کردید