Ioonvahetus

Ioonvahetus on keemiline protsess, mille käigus lahuses olevad ioonid vahetatakse tahke ioonvahetusmaterjali ioonide vastu. Vahetusmaterjali pinnal on ioonid, mis seovad teatud vastavaid ioneid lahusest ja vahetavad need vastu. Ioonivahetusmaterjalid on peamiselt resiinid (polümeerid) või mõnikord mineraalsed materjalid ning neil on kas kationvahetus- või anioonvahetusgrupid.

Kationvahetus ja anioonvahetus kujutavad kahte peamist tööliiki. Kationvahetusmaterjalidel vahetuvad lahuses olevad positiivsed ioonid (nt Ca2+, Mg2+) materjali vastu ning lahuses vabanevad Na+ või H+. Anioonvahetusmaterjalidel vahetuvad lahuses olevad negatiivsed ioonid (nt Cl-, NO3-, SO4^2-) vastu materjali negatiivse laenguga vahetusgruppe ning lahusesse vabanevad OH- või Cl-. Enim kasutatavateks vahetusmaterjalideks on resiinid: tugevate happerühmadega kationvahetajad (nt SAC) ja tugevate aluste rühmadega anioonvahetajad (nt SBA), lisaks on olemas nõrgemate rühmadega vorme (WAC, WBA).

Regeneratsioon on protsessi osa, mille käigus taastatakse vahetusmaterjali algne vorm. Kationvahetustel kasutatakse tavaliselt NaCl lahust regeneratsiooniks, mis asendab lahuses olevad Ca2+ ja Mg2+ Na+ vastu. Anioonvahetustel kasutatakse sageli tugeva aluse või tugeva happelise lahuse regeneratsiooni (nt NaOH või HCl), et taastada algne negatiivse laenguga vorm. Regeneratsiooniga tekivad spent regenerantide lahused, mis nõuavad käitlemist ja taaskasutust või ohutut kõrvaldamist.

Rakendused hõlmavad vesitöötlust (vee pehmendamine ja deionisatsioon), tööstuslike vedelike puhastamist, toidu- ja farmaatsiatooteid sisaldava vee kvaliteedi parandamist ning erilahenduste eraldamist. Peamisteks väljakutseteks on resiinide kulumine, pH- ja koostisosade mõju, regeneraatorite kulutused ning jäätmete käsitlus regenereerivates süsteemides.