Ionbytning

Ionbytning, eller jonbytning, är en fysik-kemisk separationsprocess där joner i en lösning byts ut mot motsvarande joner som är bundna till ett fast jonbytarmaterial. Det fasta materialet, oftast en polymerbaserad resin, bär funktionella grupper som kan utbyta plats med joner i lösningen i ett reversibelt utbytesförhållande. Processen bedrivs vanligtvis i kolonner där lösningen passerar genom ett lager av jonbytarmaterialet.

Det finns två huvudsakliga kategorier: kationbytare och anjonbytare. Kationbytare byter positiva joner i lösningen mot joner från resinen och används bland annat för att mjukgöra vatten och avsalta lösningar med högt innehåll av hårda joner. Anjonbytare byter negativa joner i lösningen mot OH- eller andra anjoner som finns bundna till resinen. Vanliga material är starkt syra kationbytare (till exempel sulfonerade polymerer) och starkt bas anjonbytare (till exempel quaternära aminogrupper). Det finns även svaga typer med karboxyl- respektive aminogrupper. Resinerna kan vara gelaktiga eller macroretikulära, vilket påverkar kapacitet och flödesmotstånd.

Mekanismen är baserad på elektrostatiska krafter där joner i lösningen byts ut mot motvarande joner som sitter fast på resinen. Utbytningen är reversibel och influensfaktorer inkluderar temperatur, pH och jonstyrka. Vid användning uppstår sedan ett behov av regenerering när resinen mättas. Kationsresiner regenereras vanligtvis med koncentrerad NaCl för att återställa Na+-formen, medan anjonresiner regenereras med NaOH för att återställa OH--formen. Regenerationslösningarna kräver hantering och avfallshantering.

Användningsområden inkluderar vattenbehandling, mjukgörning, demineralisering och avjonisering, processvatten i industri och laboratorier samt miljöteknik där separation av joner är viktigt. Begränsningar inkluderar minskad kapacitet vid föroreningar och höga koncentrationer av multivalenta joner samt behov av regelbundet underhåll.