Ionivaihtelut

Ionivaihtelut ovat erottelu- ja puhdistusmenetelmä, jossa liuoksessa olevat ionit korvataan toisenlaisilla ioneilla kiinteässä ioninvaihtolaitteessa eli resinissä. Resin koostuu pienistä rakeisista polymerimäisistä helmistä, joiden pinnalla on sidottuja funktionaalisia ryhmiä. Ionit vaihdetaan kapillaarisesti resinissä olevien vastine-ioneiden ja liuoksesta siirtyvien ionien välillä.

Periaate ja tyypit: Yleisimmät ovat kationivaihto ja anionivaihto. Kationivaahdossa resinissa olevat kationipolarit korvaavat liuoksessa olevia kationeja (esimerkiksi Ca2+, Mg2+, Na+, K+), kun taas anionivahtossa resinissa olevat anioninvaihtojonot korvaavat liuoksessa olevia anioneja (kuten Cl-, NO3-, SO4^2-). Usein järjestelmät rakennetaan sarjaan tai käytetään demineralointia, jolloin sekä kationi- että anionivahto yhdistetään kokonaisvaltaiseen vedenpuhdistukseen.

Resiinityypit ja materiaalit: Resinit ovat usein styreeni-divinylibentseeni -pohjaisia polymeripalloja, joiden funktionaaliset ryhmät määrittävät vaihdettavat ionit. Vahvat ja heikot kaupalliset tyypit jaetaan kation- sekä anionresiinien sisällä. Esimerkiksi vahva kationresiinissä on sulfonahapporyhmä (–SO3H) ja vahva anionresiinissä on jod- tai lehdykkäryhmä (esim. quaternary ammonium OH-). Tiivis ristisidonta vaikuttaa vakauteen ja käsiteltävien ionien valintaan.

Sovellukset ja käytöt: Ionivaihteluita käytetään vedenpehmeöitykseen, deionisaatioon ja vedenpuhdistukseen erityisesti teollisuudessa, elintarvike- ja juomaveden kunnossapidossa sekä elektroniikka- ja farmasian valmistuksessa. Myös ympäristö- ja metallinkierrätyssovelluksissa ioni on tärkeä.

Regenerointi ja operointi: Resinien palauttaminen alkuperäiseen tilaansa tapahtuu regeneroinnilla, usein NaCl- tai NaOH-liuoksilla. Regenerointi palauttaa vastine-ionit resinille, ja prosessi toistuu kiertona. Resin-laitteet voivat kulua ajan kuluessa, jolloin kapasiteetti heikkenee ja vuorokausi- tai painehaittojen korjaus tarvitaan.

Edut ja rajoitukset: Ionivaihtelut tarjoavat tehokkaan tavan poistaa tiettyjä ioneja ja tuottaa korkeaa puhtautta ilman suurta energiankulutusta. Haittoja ovat regenerointijäte, resinien käyttöikän pituus, mahdollinen orgaaninen likaantuminen sekä tarve esikäsittelylle ja huolelliselle kierrätykselle.