Kationinvaihtohartseja

Kationinvaihtohartseja ovat polymeeripohjaisia rakeita, jotka mahdollistavat ionien vaihtamisen liuoksessa toisiin ioneihin. Hartsi koostuu ristiinlinkittyneestä polymeerimatriisista, useimmiten polystyreeni-divinylibensiini -pohjaisesta, johon on kiinnitetty negatiivisesti varattuja funktionaalisia ryhmiä. Näiden ryhmien varaukset voivat vaihtaa liuoksessa olevia kationeita hartsiin sitoutuneisiin ioneihin. Esimerkkinä reaktioiden suunta: Resin-SO3-Na+ + Ca2+ → Resin-SO3-Ca2+ + Na+. Hartsi voi olla natrium-, vety- tai kaliumformassa regenereerauksesta riippuen.

Päätyypit ja toiminta: vahvasti happamat (strong acid) kationinvaihtohartsit käyttävät sulfonihapporyhmiä (–SO3H) ja niitä käytetään laajalti veden pehmeennyksessä ja demineralisaatiossa. Heikosti happamat (weak acid) kationinvaihtohartsit käyttävät karboksyyliryhmiä (–COOH) ja niiden sovellukset ovat rajatummat. Hartsit voivat olla sekä Na+--, H+- että Ca2+- tai Mg2+-formassa, riippuen regeneraatiosta ja prosessin tarkoituksesta.

Sovellukset: vedenkäsittelyssä kovan veden poisto ja mineraalien hallinta, demineralisaatio yhdessä anioninvaihtohartsein kanssa sekä tietyt laboratori- ja farmasian sovellukset. Regenerointi palauttaa hartsin alkuperäisen muodon ja toiminnalliset ryhmät; yleisin regenerointiaine on NaCl-brine, jolla Na+-ionit palautetaan hartsiin ja Ca2+/Mg2+-ionit poistuvat liuokseen.

Ominaisuudet ja rajoitteet: kapasiteetti ilmoitetaan meq/g, ja siihen vaikuttavat beadien koko, ristiinlinkitys sekä kontaminaatiot. Hartseja on taipuvaisia tukkeutumaan orgaanisista aineista ja niiden suorituskyky riippuu lämpötilasta, pH:sta ja käyttöolosuhteista. Regeneraatiosta ja jätevesien hallinnasta on tärkeä osa koko prosessin ympäristövastuullisuutta.