ioninvaihdon

Ioninvaihto on fysikaalinen ja kemiallinen puhdistusmenetelmä, jossa liuoksesta poistuvat tietyt ionit korvautuvat resinissä olevien ionien avulla. Yleisesti käytettyjä ovat kationiresiinien ja anioniresiinien sekä näiden yhdistelmien muodossa toteutetut järjestelmät. Prosessia hyödynnetään vedenkäsittelyssä, veden pehmennyksessä, demineralisaatiossa ja teollisuusprosesseissa, joissa halutaan poistaa liuoksesta useita ioneja kerralla.

Kationiresiinissä on positiivisesti varautuneita ryhmiä ja ne vaihtavat liuoksesta tulevat kationit resinissä olevien kationien kanssa. Esimerkiksi Na+-formainen kationiresiini vaihtaa Ca2+- ja Mg2+-ionit Na+-ioneihin. Anioniresiinissä on negatiivisesti varautuneita ryhmiä ja ne vaihtavat liuoksesta tulevat anionit resinissä olevien anionien kanssa. Yhteisiä sovelluksia ovat esimerkiksi NO3−- ja SO4^2−-ionien poistaminen. Yhdistetyt järjestelmät (sekä kationi- että anioniresiinit) voivat tuottaa hyvin pienionista vettä.

Materiaalit ovat usein polystyreeni-divinyylibenzeeni (crosslinked) -pohjaisia polymeerejä, joihin on kiinnitetty toiminta-aineet. Resinien ominaisuudet riippuvat muun muassa kiinnittyneiden ryhmien tyypistä (vahva happo, vahva emä) sekä ristysidoksesta, joka vaikuttaa kapasiteettiin ja kestävyyteen sekä käytettävyyteen korkeissa tai matalissa lämpötiloissa.

Toiminta ja regenerointi: liuos kulkee resinikerroksen läpi, jolloin ionit vaihtuvat. Resinien alkuperäiset ionit palautetaan regeneraatioilla: kationiresiinien gut palautetaan usein NaCl-brineellä ja anioniresiinien palautetaan vahvalla emäksellä (esim. NaOH). Demineralisaatiossa käytetään usein sekaryhmiä (mixed-bed), jolloin tuoteveden ionit ovat minimaalisessa määrässä. Regeneraatio tuottaa tyypillisesti suolaliuosta tai voimakasta regenerointivedettä, jota on käsiteltävä asianmukaisesti.

Sovelluksia ovat veden pehmennys, demineralisaatio, ravinne- ja raskasmetallien poisto sekä erikoispuhdistukset elintarviketeollisuudessa, lääketieteessä ja kemianteollisuudessa. Rajoitteisiin kuuluvat laitteen herkkä tukkeutuminen, resinien kulu ja regeneraatiojätteen käsittely sekä ympäristövaikutukset brine- ja regeneranttiratkaisujen osalta.