Ionenaustauschern

Ionenaustauscher sind festkörperliche Harze oder Trägermaterialien, die in Lösung gelöste Ionen gegen andere Ionen desselben Ladungscharakters austauschen. Sie bestehen aus Beads mit funktionellen Gruppen, die selektiv mit Kationen oder Anionen reagieren. In der Praxis werden sie in der Wasseraufbereitung, der Chemieindustrie und der Biotechnologie eingesetzt, um unerwünschte Ionen zu entfernen oder gezielt bestimmte Ionen bereitzustellen.

Man unterscheidet Kationenaustauscher, die positiv geladene Austauschgruppen tragen und H+- oder Na+-Ionen freisetzen, von Anionenaustauschern, die negative Gruppen besitzen und OH−- oder Cl−-Ionen freisetzen. Mischbett-Resine kombinieren beide Funktionen in einem Behälter, was eine Demineralisierung oder gleichzeitige Entfernung verschiedener Ionen ermöglicht.

Der Austausch erfolgt in hydratisierten Harzstrukturen, in denen Lösungionen mit den funktionellen Gruppen in Austauschreaktionen treten. Die Austauschkapazität wird als Menge der austauschbaren Ionen pro Masse bezeichnet und nimmt ab, wenn das Harz durch Ionen gesättigt wird. Zur Regeneration werden die Harze durch Gegenionenlösungen wieder in ihre ursprüngliche Form gebracht, typischerweise NaCl für Kationen, NaOH oder H2SO4/HCl für Anionen, je nach Harzform.

Zu den Anwendungen gehören Weichwasseraufbereitung, Entmineralisierung, Demineralisierung von Prozesswasser, Abwasserbehandlung, Lebensmittel- und Getränkeproduktion, Pharma- und Elektronikfertigung sowie analytische Trennungen in der Labortechnik.

Wichtige betriebliche Aspekte sind Kapazität, Selektivität, Kinetik und Durchfluss, sowie Fouling durch organische Substanzen oder Biomasse. Temperatur, pH-Wert und Vorbehandlung beeinflussen Leistung und Standzeit. Spätere Regeneration erzeugt Abfallströme, deren Umweltverträglichkeit berücksichtigt werden muss.