kationinvaihtimia

Kationinvaihtiminen on reversiibeli kemiallinen prosessi, jossa liuoksen kationit vaihtuvat kiinteän vaihtimen kationeihin. Vaihtimina käytetään yleisesti ioninvaihtoresinejä tai luonnonmineraaleihin perustuvia aineksia, kuten montmorilloniittia. Kiinteä aine sisältää vaihdettavia kationeja (esim. Na+, H+, Ca2+, Mg2+), ja kun liuokseen tuodaan vaihtimia, nämä kationit vaihtuvat keskenään siten, että kiinteä aine hankkii uusia kationeja ja liuokseen vapautuu aiemmin kiinnittyneitä kationeja. Prosessi määritellään vaihtokapasiteetilla (CEC), jonka arvo kertoo, kuinka paljon kationeja vaihtimeen voidaan sitoa. CEC mitataan meq/100 g tai cmol(+)/kg.

Molemmat materiaalit ja mekanismi vaihtelevat: monivalenttiset kationit sitoutuvat yleensä vahvemmin kuin monovalentit kationit, mutta valikoivuus riippuu sekä vaihtimen rakenteesta että kationien hydrataiosta. Eri materiaaleilla on erilaiset valikoivuusprofiilit. Vahva hapon kationinvaihtimet (esim. sulfonihapporyhmillä) toimivat laajalla pH-alueella, kun taas heikkohappoiset kationinvaihtimet (carboxylate) ovat herkempiä ympäristön pH:lle. Luonnon savien lisäksi CEC vaikuttaa maan ravinteiden pidättymiseen ja veden pidätykseen.

Käyttökohteet ja huomioita: tärkeimpiä sovelluksia ovat veden pehmennys, jossa Ca2+ ja Mg2+ korvataan Na+, sekä veden demineralisaatio ja eräät teolliset käsittelyprosessit. Maaperässä CEC kuvaa ravinteiden pidättämiskykyä ja vaikuttaa kasvien saatavuuteen. Regenerointi palauttaa vaihtimen alkuperäisen tilan käyttämällä suolaliuosta (esim. NaCl) tai hapanta liuosta (HCl), jolloin kiinteäaine saa takaisin halutut kationit ja prosessi voidaan aloittaa uudelleen.