Ionenaustauschkapazität

Ionenaustausch ist ein reversibler Trennprozess, bei dem gelöste Ionen gegen andere Ionen desselben Falls ausgetauscht werden, die an festen Trägern gebunden sind. Typische Austauscher sind polymerbasierte Harze mit fest verankerten Ladungsgruppen. Der Prozess wird genutzt, um unerwünschte Ionen zu entfernen oder gewünschte Ionen zu ergänzen.

Der Austausch erfolgt an der Grenzfläche zwischen Lösung und Festphase. Höhere Affinität eines Ions bestimmt, welches Ion das zu ersetzende Ion im Harz dominiert. Es existieren starke und schwache Ketionenaustauscher sowie starke und schwache Anionenaustauscher, deren Funktion durch die Art der fixierten Gruppen (z. B. Sulfon- oder Carboxylgruppen bei Kationen; quartäre Ammoniumgruppen bei Anionen) bestimmt wird. Regeneration wandert die Ionen wieder auf den entsprechenden Gegenpunkt, typischerweise durch konzentrierte Lösungen wie NaCl oder Natronlauge.

Kationen-Austauscher ersetzen harte Kationen wie Ca2+ und Mg2+ durch H+ oder Na+. Anionen-Austauscher ersetzen unerwünschte Anionen wie Cl− oder SO4 2− durch OH− oder HCO3−. Mischbetthaushalter kombinieren beide Funktionen in einem System, sodass eine gleichzeitige Entfernung oder Gewinnung beider Ionensorten möglich ist.

Materialien und Aufbauten umfassen üblicherweise synthetische Harze oder Zeolithe, die in Column- oder Pack-Bed-Systemen betrieben werden. Die Harze müssen vor Belegung vorbehandelt und regelmäßig regeneriert werden, was zu Betriebsunterbrechungen führen kann. Organische Verunreinigungen und hohe Ionenstärken können die Kapazität beeinträchtigen.

Anwendungen finden sich vor allem in der Wasserbehandlung (Entkalkung, Enthärtung, Demineralisierung), der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, der Abwasserbehandlung sowie in analytischen Trennprozessen.