重炭酸塩形成アニオン交換：親和性、再生、および化学量論

磁気イオン交換（MIEX）は、天然水から溶解した有機炭素（DOC）を除去するための効果的なプロセスですが、再生プロセスから塩化廃棄ナトリウム溶液（すなわち、塩水）の生産により、その実装は制限されています。濃度の上昇は、操作された自然系に悪影響を与える可能性があるため、塩化物は懸念されます。この研究の目標は、モバイルカウンターイオンとして重炭酸塩を使用してアニオン交換樹脂を使用することの有効性を調査することでした。重炭酸塩型Miex樹脂は、硫酸塩、硝酸塩、DOC、および紫外線吸収物質の塩化物型Miex樹脂と同様の親和性を持っていることがわかった。重炭酸塩型と塩化物形式のMiex樹脂の両方が、新鮮な樹脂として最大の除去効率を示し、複数の再生サイクルで除去効率が低下しました。それにもかかわらず、重炭酸ナトリウム溶液は、Miex樹脂の再生において塩化ナトリウム溶液と同じくらい効果的でした。重炭酸塩型Miex樹脂の再生は、水/樹脂スラリーに二酸化炭素ガスを散布することによって示されました。この再生プロセスは、塩化ナトリウムや重炭酸ナトリウムなどの塩の添加の必要性を排除します。重炭酸塩型樹脂の化学量論により、重炭酸塩が樹脂マトリックス内で脱プロトン化していることが明らかになりました。この研究は、重炭酸塩形式のアニオン交換の親和性、再生、および化学量論を評価することにより、水処理のためのイオン交換用途に重要な貢献をします。

Magnetic ion exchange (MIEX) is an effective process for removing dissolved organic carbon (DOC) from natural waters, but its implementation has been limited due to production of waste sodium chloride solution (i.e., brine) from the regeneration process. Chloride is of concern because elevated concentrations can have adverse effects on engineered and natural systems. The goal of this research was to explore the efficacy of using anion exchange resin with bicarbonate as the mobile counter ion, which would produce a non-chloride regeneration solution. It was found that bicarbonate-form MIEX resin had a similar affinity as chloride-form MIEX resin for sulfate, nitrate, DOC, and ultraviolet-absorbing substances. Both bicarbonate-form and chloride-form MIEX resins showed the greatest removal efficiencies as fresh resin, and removal efficiency decreased with multiple regeneration cycles. Nevertheless, sodium bicarbonate solution was as effective as sodium chloride solution at regenerating MIEX resin. Regeneration of the bicarbonate-form MIEX resin was illustrated by sparging carbon dioxide gas in a water/resin slurry. This regeneration process would eliminate the need for the addition of salts such as sodium chloride or sodium bicarbonate. The stoichiometry of the bicarbonate-form resin revealed that the bicarbonate was deprotonating within the resin matrix leading to a mixture of both carbonate and bicarbonate mobile counter ions. This work makes an important contribution to ion exchange applications for water treatment by evaluating the affinity, regeneration, and stoichiometry of bicarbonate-form anion exchange.