RESINAS DE TROCA IÔNICA

RESINAS DE TROCA IÔNICA Elisama Andrade 

1.0 INTRODUÇÃO As resinas de troca iônica são bastante utilizadas nos processos de purificação de líquidos, em especial da água. A água deionizada é rotineiramente empregada em diversas operações nos laboratórios, e na indústria farmacêutica; é classificada pela Farmacopéia Brasileira 5ª ed. como água reagente; aplicada na limpeza de materiais e de alguns equipamentos, na fase final da síntese de ingredientes ativos e de excipientes, além de outras funções. Com isto, precisa obedecer aos parâmetros de condutividade (1,00 a 5,0mS/cm (resistividade > 0,2 MW-cm) e carbono orgânico total (COT < 0,20mg/L). O princípio básico das resinas de troca iônica é a substituição dos íons presentes na amostra, por íons que estão ligados à resina; a referida troca ocorre mediante uma ligação química reversível, onde a resina catiônica substitui os cátions dissolvidos, pelo hidrogênio; enquanto a resina aniônica substitui os ânions dissolvidos, pela hidroxila. Em modelos mais antigos de deionizadores, as resinas eram separadas em colunas; entretanto, os dispositivos de leito misto, onde as resinas são misturadas numa única coluna, se constituem na preferência atual, por serem mais compactos, ocuparem um menor volume, com um menor custo. As resinas de troca iônica geralmente são constituídas por polímeros orgânicos, e podem ser classificadas por a sua natureza (orgânica ou inorgânica - sintética ou natural); pela sua estrutura (do tipo gel ou do tipo macroporosa); e ainda quanto ao grupo funcional, (fortemente ácida, fracamente ácida, fortemente básica, fracamente básica, e quelantes). 2.0 TIPOS DE RESINA Como mencionado anteriormente, as resinas de troca iônica podem ser catiônicas ou aniônicas, com isto, a classificação de acordo com os grupos

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ionizáveis, merece uma atenção especial, pois são responsáveis pelo comportamento químico da resina. 2.1 RESINAS CATIÔNICAS FORTEMENTE ÁCIDAS: se comportam de forma semelhante a um ácido forte. Apresentam-se na forma de um sal de sódio quando são utilizadas no abrandamento da água, ou na forma de hidrogênio para a desmineralização ou descarbonatação da água. As formas de hidrogênio e de sódio dessas resinas são altamente dissociadas e estão prontamente disponíveis para a troca em qualquer pH, ou seja, a capacidade de troca dessas resinas não dependem do pH da solução. Remove: Remove: Na+, Ca+, Mg++. 2.2 RESINAS CATIÔNICAS FRACAMENTE ÁCIDAS: o grupo ionizável é o ácido carboxílico (COOH), e seu comportamento é semelhante aos ácidos orgânicos que são fracamente dissociados. Ao contrário das resinas de ácido forte, o pH da solução influencia no grau de dissociação, e consequentemente na capacidade de troca da resina. Remove: Cátions associados com alcalinidade; trabalha melhor a pH > 6. 2.3 RESINAS ANIÔNICAS FORTEMENTE BÁSICAS :  possui como grupo funcional o sal de amônio quaternário, e assim como as resinas de ácido forte são altamente ionizáveis, consequentemente o pH das soluções não irão influenciar na capacidade de troca da mesma. São responsáveis por converter a solução ácida à água pura. Remove: Cl-, SO42-, NO3-, SiO2, HCO-3 2.4 RESINAS ANIÔNICAS FRACAMENTE BÁSICAS:  neste tipo de resina, tanto as aminas primárias, quanto as secundárias e terciárias, podem agir como grupos funcionais. A ionização será fortemente influenciada pelo pH, assim como as resinas fracamente ácidas, e com isto, a capacidade mínima de troca de exige um pH acima de 7. A resina de base fraca não não utiliza íons hidróxidos, e por esse motivo é preferência em relação às resinas de base forte, isto porque o custo da regeneração é muito menor, não há a necessidade de fornecer íons hidróxido, basta neutralizar o ácido absorvido. Remove: Cl-, SO4-2, NO3-2

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2.5 RESINAS QUELANTES: o EDTA é o grupo funcional utilizado nestas resinas, que tendem a formar complexos com cátions de metais pesados; com os quais possui alto grau de seletividade. Quando se encontram na forma de sódio apresentam maior seletividade com os metais pesados, do que em sua forma de hidrogênio. A maior desvantagem desta resina é o seu alto custo em relação aos demais tipos. 3.0 REGENERAÇÃO DAS RESINAS A regeneração ocorre quando a capacidade da resina de remover íons começa a deteriorar, e será direcionada pelo grupo funcional ligado a mesma. Esse procedimento pode ser realizado de diversas formas a depender da finalidade, por exemplo, se considerarmos uma coluna de leito misto utilizada no tratamento de água, esta reativação pode ocorrer em quatro etapas: a primeira consiste na esterilização da resina, a qual permanece submersa numa solução de NaCl por aproximadamente 24 horas. Em seguida realiza-se a regeneração propriamente dita (com as soluções apropriadas para cada tipo); nesta etapa é preciso separar as resinas através de retrolavagem, (que devido à densidade, a resina catiônica fica no fundo e a aniônica no topo). Feito isto, é necessário a realização de um teste piloto, onde se verifica a condutividade, o pH e o ciclo. Somente então, após a aprovação pelo controle de qualidade que as resinas são misturadas (a partir de ar comprimido) e prontas para a utilização. Para as resinas fortemente ácidas, utilizam-se como regenerantes o HCl 4 a 10%, o H2SO4 2 a 8%, e o NaCl 10 a 26%. Para as resinas fortemente básicas o NaOH 2 a 4%, e o NaCl (como desalcalinizante) 5%. Em ambos os tipos de resinas, a quantidade de regenerante necessária é elevada, cerca de 3 a 4 vezes o valor da demanda estequiométrica teórica o regenerante, ou seja, a regeneração dessas resinas tem um maior custo. Já as resinas fracamente ácidas e fracamente básicas, utilizam as mesmas substâncias para a reativação que as respectivas “resinas fortes”, entretanto numa concentração mais baixa: HCl 1 a 5 % e H 2SO4 0,5 a 0,8%, para às resinas ácidas; e NaOH 2 a 5%, ou ainda NH 3 e Na2CO3 para às resinas básicas. A regeneração das resinas fracas é muito mais eficiente que a

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das resinas fortes, além de ser próxima da estequiométrica. Diante disto, é notável, que o custo de reativação desse tipo de resina é muito menor. A reativação das resinas quelantes se assemelha a das fracamente ácidas, onde a quantidade de regenerante é pouco maior que a estequiométrica; isto devido a sua tendência de formação de complexos ser menos estável sob pH baixo. 3.1 MÉTODOS DE LIMPEZA Segundo a empresa Purolite Ion Exchange Resins , a limpeza das resinas pode ocorrer da seguinte forma: 3.1.1 Resina Catiônica  – Limpeza com Ácido Clorídrico  – Salmouragem  – Limpeza com Ácido Peracético  – Limpeza com Formaldeído  – Limpeza com Hipoclorito de sódio  – Limpeza com Tiocianato de sódio 3.1.2 Resina aniônica  – Salmouragem  – Limpeza com Ácido Peracético  – Limpeza com Formaldeido  – Limpeza com Hipoclorito de sódio 4.0 OUTROS ASPECTOS As resinas podem sofrer efeitos de alguns contaminantes. Dentre estes, o acúmulo de matéria orgânica pode levar ao entupimento da resina, e consequentemente a perda da capacidade de troca da mesma; para resolver tal problema é necessária a aplicação periódica de salmoura e uma injeção de água quente com vapor para a remoção. O ferro é outro contaminante para as resinas, isto, pois ao entrar na resina o Fe2+ sofre oxidação e passa para a forma Fe 2O3, que por apresentar grande volume é capaz de romper a pérola da resina, e ou reduzir sua

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capacidade de troca. Para solucionar é necessário a calmatação do leito (camada de óxido de ferro nas superfícies superfícies das pérolas); pérolas); e em seguida seguida adicionar Hipossulfito de Sódio (8-12%), que irá reduzir e solubilizá-lo. Também é importante utilizar regenerantes com uma concentração menor que 50ppm de ferro. A contaminação por sílica tem grande relevância. Ocorre principalmente nas resinas aniônicas de leito misto; quando não são removidas durante a regeneração podem polimerizar na resina, causando hidrolise posteriormente quando são submetidas a pH alcalinos ou água quente, com isto liberam a sílica na água desmineralizada. desmineralizada. Além da contaminação que as resinas podem sofrer, ainda estão suscetíveis ao estresse físico, ou choque osmótico, onde as pérolas da mesma podem trincar ou quebrar. Existem alguns fatores que favorecem este rompimento, dentre estes, pode-se citar: precipitação de incrustações dentro da matriz da resina; transferência de resina entre recipientes; operar com alta taxa de vazão ou outras condições que criem alta pressão, e que reduzam a camada de troca iônica. 5.0 CONCLUSÃO As resinas de troca iônica constituem-se numa opção que apresenta grande viabilidade para o tratamento de diversos líquidos, e consequentemente com variadas aplicações. O custo é relativamente baixo, visto que as resinas podem ser regeneradas após a sua saturação. Entretanto, para a maior durabilidade e melhor eficiência, são necessários alguns cuidados, os quais são específicos para cada tipo. Existe uma gama de resinas no mercado que estão direcionadas às funcionalidades distintas, com o objetivo de melhorar a qualidade, e apresentar resultados ainda mais satisfatórios.

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ANEXO ALGUMAS RESINAS DE TROCA IÔNICA DISPONÍVEIS NO MERCADO Fabricante Dowex Dowex Dowex Dowex Dowex Dowex Dowex Dowex Dowex Dowex Dowex Dowex Rohm and Haas Rohm and Haas Rohm and Haas Rohm and Haas Rohm and Haas Rohm and Haas Lanxess Lewatit Lanxess Lewatit Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite Purolite

Classificação Catiônicas fracamente ácidas Catiônicas fracamente ácidas Catiônicas fracamente ácidas Aniônicas fortemente básicas Aniônicas fortemente básicas Aniônicas fortemente básicas Aniônicas fortemente básicas Aniônicas fortemente básicas Aniônicas fortemente básicas Resina Inerte Leito Misto Leito Misto Catiônicas fortemente ácidas Catiônicas fortemente ácidas Catiônicas fortemente ácidas Catiônicas fracamente ácidas Catiônica fortemente ácida Aniônicas fortemente básicas Leito Misto Leito Misto Aniônicas fortemente básicas Aniônicas fortemente básicas Aniônicas fortemente básicas Aniônicas fortemente básicas Aniônicas fortemente básicas Aniônica fracamente básica Aniônica fracamente básica Aniônica fracamente básica Aniônica fracamente básica Aniônica fracamente básica Aniônica fracamente básica Catiônica fortemente ácida Catiônica fortemente ácida Catiônica fortemente ácida Catiônica fortemente ácida Catiônica fortemente ácida Catiônica fortemente ácida Catiônica fracamente ácida Catiônica fracamente ácida Catiônica fracamente ácida

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Modelo MAC - 3 MAC - 3 XP MAC - 3 PS Marathon A Maratona A LB Marathon A2 Marathon MSA Marathon 11 MSA - 2 IF - 59 Marathon MR - 3 50 MB Amberjet 1200 Amberlite IR100 Amberlite IR120 Amberlite IRC86 Amberjet 4200 Amberjet 4600 IONAC ® NM-91 IONAC ® NM-60 A 200A 200MBA 4000H A-400DL A-400E A-100 A-100/2412 A 100FLA-100S A-103S A-143 C-145 C-145 C-148S C-150 C-150 Puropack C-150Ag C-104 C-104DL C-104FL

REFERÊNCIAS Brasileira , 5ed. V1, Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Farmacopéia Brasileira, 2010. Unitárias . GONZALES, Lorgio Valdiviezo. Aula - Troca Iônica: Operações Unitárias. PUC, RJ. Disponível em: . Acesso em: 14 set. 2011. KURITA: Soluções de Engenharia para Tratamento de Águas Industriais. Artigo Técnico: Resinas de Troca Iônica, Iônica , por KREMER, Tatiana de Oliveira. 2007. Disponível em: . Acesso em: 16 set. 2011. LENNTECH: Water Treatment Solutions. Troca Iônica & Resinas de Permuta Iônica. Iônica. Disponível Disponível em: . . Acesso em 16 set. 2011. MSc. MORAES, Francisco de Assis Bertini. Monografia: Tratamento de Águas de Caldeiras na Indústria de Celulose. Araraquara, SP. 2011. Disponível em: 15 set. 2011. MUCCIACITO, João Carlos. Tratamento com Resinas Trocadoras de Íons. Rev. Meio Filtrante. Ano V. Ed. 25. 2007. Disponível em: . Acesso em: 17 set. 2011. PUROLITE: Troca Iônica, Dados Técnicos. . Acesso em 17 set. 2011.

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