Atualmente o mercado de tratamento de água oferece diversas tecnologias para melhorar a qualidade desse item tão importante, como por exemplo, as resinas de troca iônica. Trata-se de produtos sintéticos que utilizam como base polímeros plásticos providos de sítios ativos, onde é realizada a troca de íons de mesma polaridade em uma solução. Servem principalmente para purificar a água onde há interesse de se remover um contaminante indesejável.
Quando colocados na água, podem liberar íons sódio, hidrogênio (resinas catiônicas) ou hidroxila (resinas aniônicas) e captar desta mesma água, respectivamente, cátions e ânions, responsáveis por seu teor de sólidos dissolvidos, indesejáveis a muitos processos industriais. Nesse segmento, as resinas são muito utilizadas em tratamento primário de água de alimentação de caldeiras, em processos de abrandamento ou desmineralização.
De acordo com José Antônio Trejo, especialista técnico da Dow Water Solutions, as resinas de troca iônica são materiais poliméricos com grupos funcionais nos quais há um grupo iônico que pode ser trocado com o meio externo, são regeneráveis com ácido, base ou sal, podendo ser reutilizados. Podem ser líquidos com cargas iónicas em solução ou sais, bicarbonatos, sílica, entre outros.
"As resinas são partículas redondas de aproximadamente 300-900 µm de diâmetro e são fabricadas com polímeros reticulados, isto é, que não são solúveis em qualquer líquido ou gás e são estáveis em condições operacionais longas. Os tipos de polímeros mais utilizados são o estireno ou acrílico (nos grupos sulfônicos), e ácidos carboxílicos (nos grupos essenciais), sendo quaternária ou terciária" – destaca Trejo.
Ele explica ainda que existem resinas com cargas negativas que são chamadas de resinas catiônicas. Elas podem ser ácidos fortes (ácido sulfónico) ou fracos (carboxílicos). As resinas também podem conter cargas positivas em utilização, que pode ser uma base forte (amina quaternária) ou resinas de base fraca (amina terciária ou secundária). "Na maior parte dos casos, as resinas são usadas para purificar líquidos em geral, dando uma qualidade muito alta aos produtos, mas também servem como meio de transporte de ingredientes ativos em aplicações farmacêuticas.

Como funcionam e principais aplicações
De acordo com Angelo Krieger, diretor técnico e comercial da Permution, as resinas de troca iônica, como o próprio nome diz faz a troca de íons, ou seja, um íon indesejável será trocado por outro de interesse de cada aplicação. Normalmente elas são acondicionadas em colunas cilíndricas verticais, construídas de material inerte a produtos químicos agressivos.
"As resinas são saturadas com os íons e regeneradas com produtos químicos para um determinado volume de solução, esta ação é chamada de ciclo entre regenerações. Uma vez saturada a resina de troca iônica poderá ser ativada novamente por meio da passagem da solução regenerante" – explica Krieger. Ele ressalta ainda que são inúmeras as aplicações, dentre elas no tratamento de água com remoção de dureza total, remoção de nitrato, remoção de alcalinidade e desmineralização; na purificação de cachaça com remoção de cobre; e na purificação do biodiesel, com a remoção de glicerina.
Trejo explica, de forma detalhada, sobre o processo de regeneração: A Molécula A com carga (-) em solução entra na estrutura de resinas de troca. A Molécula A (-) é trocada por Cl (-) ou OH (-) na resina transformando Cl (-) ou OH (-) em líquido. Desta forma, a Molécula A (-) é removida do líquido e purificada. Uma vez que a quantidade de moléculas A (-) atinge o limite de capacidade da resina, o processo é interrompido e o processo de regeneração começa.
O Processo de regeneração é a adição de Cl (-) ou OH (-) na forma de salmoura (NaCl) ou soda (NaOH). A regeneração remove a molécula A (-) da resina, diante disso a sua capacidade é recuperada e a mesma retoma outro ciclo de produção. O mesmo processo seria com resina catiônica onde moléculas ou átomos com cargas positivas (Ca (2+), Mg (2+)) são trocados por resinas catiônicas Na (+) ou H (+). A regeneração é realizada com ácidos (HCl, H₂SO₄) e a resina opera em um ciclo seguinte.

Vinícius Arruda de Andara Palma, engenheiro químico da Kurita, enfatiza ainda que a principal função da troca iônica é promover a retirada de íons presentes na água, por meio da troca com os íons inicialmente adsorvidos na resina. Dessa forma, obtém-se maior qualidade da água, permitindo assim usos diversos. Ele destaca alguns desses processos:
Desmineralização: remoção de íons para uso em sistemas críticos (caldeiras, processo, etc);
Abrandamento: remoção de dureza da água para uso em caldeiras;
Descarbonatação: remoção de carbonatos da água para uso em caldeiras;
Polimento de Condensado: remoção de contaminantes de condensado para retorno na alimentação de caldeiras;
Reutilização de Efluentes: remoção de contaminantes e reaproveitamento maior de água (reúso);
Tratamento de Álcool e Açúcar: descoloração/desodorização do açúcar e redução da acidez/desodorização do álcool;
Síntese e Catálise Química: promover a reação química e formação do produto desejado de maneira otimizada;
Purificação de Produtos Químicos: remoção de contaminantes e impurezas;
Produtos Alimentícios e Farmacêuticos: remoção de contaminantes e impurezas;
Remoção e Recuperação Seletiva de Metais: tratamento e recuperação de metais de valor comercial em efluentes.
"A troca iônica acontece na parte interna da resina, especificamente nos sítios ativos, onde ficam retidos os íons-alvo e são liberados os íons impregnados na resina. Com o passar do tempo, tais sítios saturam e se faz necessária a regeneração. A aplicação de produtos químicos e processos de enxágue permitem que a resina retorne à forma inicial" - explica o engenheiro da Kurita.

Tipos de resinas
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" – destaca Palma.
As resinas para o tratamento de água são muito robustas e flexíveis. De acordo com Krieger até o momento não apareceu outra tecnologia que consiga juntar essas duas qualidades. Ele explica também os tipos de regeneração, a resina catiônica fortemente ácida em ciclo sódio (Na+) utilizada em abrandadores de água para remoção da dureza total presente na água é regenerada com cloreto de sódio.
No caso da resina catiônica fortemente ácida em ciclo protônico (H+), utilizada em sistema de desmineralização de água, tanto em leito separado como em leito misto, são regeneradas com ácido clorídrico ou ácido sulfúrico. Por fim, a resina aniônica fortemente básica em ciclo hidroxila (OH-), utilizada em sistema de desmineralização de água, tanto em leito separado como em leito misto, são regeneradas com hidróxido de sódio.
O ótimo controle de processos, muito exigentes em aplicações industriais, é uma das principais vantagens, destacada por Trejo, no uso desse processo. Ele também ressalta a qualidade do efluente, controle seletivo de íons que podem ser muito tóxicos e perigosos (por exemplo, Hg, Perclorato, etc.), custo relativamente baixo destes materiais, uma vez que eles operam por um longo período de 4-10 anos no processo. Além disso, a economia de energia. Com o uso de catalisadores, os processos na síntese de moléculas em temperaturas mais baixas são mais eficientes, tem melhor desempenho e seletividade, e assim economizam mais energia.
"Não existe algum tipo de restrição de uso, mas é importante sempre estar atento a regulação de cada país e localidade, o uso vai de acordo com o tipo de mercado e aplicação. Em geral, temos materiais para o mercado industrial, alimentício e farmacêutico. Cada um desses materiais está em conformidade com os regulamentos em cada uma dessas áreas de aplicação" – ressalta o representante da Dow.
Para Palma, realmente não existe restrição de seu uso, apenas deve-se avaliar corretamente a finalidade para a seleção do tipo adequado de resina. Ele conta que alguns parâmetros que devem ser levados em consideração o tamanho e forma das resinas, capacidade de operação, eficiência de regeneração, temperatura de operação, resistência a substâncias orgânicas, entre outros.
Por outro lado, Krieger explica que a tecnologia de troca iônica, não tolera água com óleos e graxas. O óleo e ou a graxa formam um filme sobre as esferas de resina impedindo que ocorra o contato da água com os sítios ativos bloqueando assim a troca iônica, por isso sua aplicação em tratamento de efluentes é ineficiente.

Contato das empresas
Dow Water: www.dow.com
Kurita: www.kurita.com.br
Permution: www.permution.com.br