ionenuitwisseling

Ionenuitwisseling is een chemisch proces waarbij ionen in een vloeistof worden uitgewisseld tegen ionen die vastzitten aan een vaste uitwisselaar. De uitwisselaar bestaat meestal uit een polymeren resin met vaste functionele groepen die negatieve of positieve lading dragen. In oplossing worden de vrije ionen uitgewisseld volgens de beschikbaarheid en de affiniteit van de uitwisselaar, waardoor bepaalde ionen worden verwijderd of vervangen door andere.

Er bestaan twee hoofdtypes: cationenuitwisseling en anionenuitwisseling. Bij cationenuitwisseling bevinden zich negatieve groepen (bijvoorbeeld sulfonzure groepen) op de resin die kationen in de oplossing kunnen inwisselen, meestal tegen H+ of Na+. Bij anionenuitwisseling dragen de resin positieve groepen (vaak quaternaire ammoniumverbindingen) en wisselen zij anions uit met bijvoorbeeld Cl-, NO3- of SO4^2-. Het proces is afhankelijk van factoren als pH, temperatuur, ionsterkte en de similariteit van ionen gevormd op de resin.

Materiaal en uitvoering variëren. Veel gebruikte resins zijn polystyreen-divinylbenzene copolymeren met specifieke functionele groepen. Natuurlijke zeolieten hebben eveneens ionenuitwisselingscapaciteit. In de zuiveringsindustrie wordt ionenuitwisseling toegepast voor waterbehandeling, softening (vervanging van Ca2+/Mg2+ door Na+), demineralisatie en de verwijdering van verontreinigende ionen zoals nitraten of zware metalen.

Regeneratie is een kernonderdeel van de werking: na verbruik wordt de resin ververst met geconcentreerde zout- of basen-/zurenoplossing, zodat de vastgehouden ionen worden vervangen en de resin weer actief is. Dit proces produceert een bijproductstroom zoals zoutoplossing, die zorgvuldig moet worden behandeld.

Voordelen zijn hoge efficiëntie en selectiviteit bij lage concentraties; nadelen omvatten de noodzaak van regeneratie en afvalbeheer, evenals mogelijke verontreinigingen door aanwezige concurrerende ionen.