ioninvaihtoa

Ioninvaihto on kemiallinen prosessi, jossa liuoksessa olevat ionit korvautuvat kiinteän aineen, yleensä ioninvaihtohartsin tai mineraalisen aineen, kiinnittyneiden ionien kanssa. Prosessi toimii sekä kationi- että anioninvaihdon avulla: kationinvaihdossa resinillä on negatiivisesti varautuneita ryhmiä, jotka vaihtavat liuoksen kationeja (esim. Ca2+, Mg2+, Na+) resinillä sitoutuneisiin kationeihin; anioninvaihdossa resinillä on positiivisesti varautuneita ryhmiä, jotka vaihtavat liuoksen anioneja (esim. Cl-, SO4 2-) resinillä kiinnittyneisiin anioneihin. Yhdistettynä kationi- ja anioninvaihto mahdollistaa liuosten kokonaismineraaleuden vähentämisen.

Materiaaleina käytetään yleensä ioninvaihtohartsia sekä joitakin luonnonmineraaleja. Cationinvaihtohartsit sisältävät negatiivisesti varaantuneita ryhmiä (esim. sulfonyyliryhmät) ja ne vaihtavat kationeja liuoksesta. Anioninvaihtohartsit käyttävät positiivisesti varaantuneita ryhmiä (esim. piin quaternary ammonium -ryhmiä) ja ne vaihtavat anioneja. Mixed-bed -järjestelmät yhdistävät sekä kation- että anioninvaihdon täydellisen vedenpoiston saavuttamiseksi.

Toiminta tapahtuu upottamalla liuos vaihdohartsin läpi tai virtualtiona tauon aikana, jolloin ioneja siirtyy ja vastakkaisen tyyppiset ionit luovuttavat tilaa. Kun hartsi on täyttynyt halutuista ioneista, sitä sanotaan kyllästyneeksi ja se joudutaan regeneroimaan. Regenerointi tarkoittaa kiinteän aineen vaihtuneiden ionien korvaamista suuremmalla pitoisuudella vastaavia ioneja sisältävällä liuoksella (esim. NaCl cationinvaihdossa, NaOH anioninvaihdossa), jolloin hartsi palautuu alkuperäiseen toimintakuntoonsa.

Ioninvaihtoa käytetään laajasti vedenkäsittelyssä, kuten veden kovuuden poistossa (kationinvaihto), veden deionisoinnissa ja desialinoinnissa (demineralisointi), sekä eräissä teollisuusprosesseissa ja laboratoriokäytössä. Edut ovat yksinkertaisuus, korkea erottelukyky ja toiminta maltillisissa lämpötiloissa; rajoitteita ovat regenerointi- ja jätteenhallintatarpeet sekä mahdollinen epäpuhtauksien aiheuttama tukkeutuminen ja kapasiteetin ehtyminen.