Kationinvaihtoa

Kationinvaihto on prosessi, jossa liuoksen vapaat kationit vaihtuvat kiinteän ioninvaihtokiteen kationien kanssa. Kiinteä faasi on negatiivisesti varautunutta ja pystyy sitomaan useita kationeja, kunnes syntyy tasapaino liuoksen koostumuksen kanssa. Tällainen vaihtoa tapahtuu sekä luonnollisissa materiaaleissa, kuten savissa ja humus-ainesissa, että synteettisissä ioninvaihtohiukkasisissa.

Kationinvaihtokapasiteetti (CEC) kuvaa kiinteän faasin kaikkien vaihdettavien kationien kokonaismäärää per massayksikkö, tyypillisesti cmol(+)/kg. Sillä on keskeinen merkitys ravinteiden saatavuudelle maaperässä sekä vedenkäsittelyssä. Yleisimmät vaihdetut kationit ovat Ca2+, Mg2+, Na+ ja K+. Kaksivalentieiset ionit sitoutuvat usein voimakkaammin kuin yksivalenteiset.

Valikoivuus, eli selektiivisyys, määrittää mitkä kationit korvautuvat toisiin. Esimerkiksi monet saviepiteet suosivat Ca2+ ja Mg2+ esimerkiksi Na+ tai K+-ioneja vastaan, mutta regeneraatio- ja käyttötarkoituksesta riippuen vaihtotapahtuma voi suosia toisenlaista tasapainoa. pH, liuoksen ionic strength sekä konkurenttien määrä vaikuttavat vaihtoprosessiin.

Sovellukset kattavat vedenpehmennyksen, vedenlaitosten desilifioinnin, lannoitusvaikutusten hallinnan sekä ympäristötekniset sovellukset kuten pilaantuneiden vesien puhdistuksen. Regenerointi palauttaa vaihdonkapasiteetin usein suolahapot tai suolaliuokset (esim. NaCl) avulla, jolloin kiinteä faasi uudelleen küllitetään halutulla kationilla. Rajoitteina ovat muun muassa resiinien ja savien tukkeutuminen, kustannukset sekä käsitelystä syntyvät jätteet.