Ioncserélő

Gyanta -Ionenaustauscherkartusche

Ioncsere oszlop

Az ioncserélők vagy az ioncserélők olyan anyagok, amelyekkel az oldott ionok helyettesíthetők más azonos töltésű (azaz pozitív vagy negatív) ionokkal; egy ioncserélő zajlik. Az ioncserélők ioncserélő anyaggal töltött oszlopokként vagy membránokként kerülnek forgalomba, és ezeken keresztül folyik a kezelendő oldat. A kicserélendő ionok az ioncserélő anyaghoz vannak kötve, amely viszont ekvivalens mennyiségű töltést bocsát ki a korábban kötött ionokból az oldatba.

Például, egy kation cserélő lehet cserélni a kalcium kationok, hogy feloldunk normál csapvízben a nátrium- kationok, amelyek kötődnek az ioncserélő. Ilyen kationioncserélőket találunk a mosogatógépekben is . A velük, vizet készítünk mosási eljárások, amely mentes a kalcium-kationok, amelyek egyébként képződéséhez vezet fehér vízkőlerakódás (vízkő foltok) az edényeken a szárítás során, és a lerakódás skála a fűtőelemek és a gép csövek ( vízkő). Ha ez a kationcserélő kimerült és teljesen telített kalcium-kationokkal, azt regenerálni kell. Ezt úgy végezzük, hogy a megkötött kalcium-kationokat kiszorítjuk a lehető legkoncentráltabb nátrium-klorid (konyhasó) oldatának felajánlásával . Ezt a folyamatot nevezzük egy hőcserélő regenerációjának.

A kationioncserélők különösen fontosak a talaj kationcserélő képessége szempontjából . Biztosítják, hogy a kationok továbbra is elérhetőek legyenek a növények számára, és ne mossa ki őket az eső. A szennyezett vizek és talajok helyreállítására speciális kationcserélőket lehet előállítani, amelyek képesek a célzottan eltávolítani a nehézfém- kationokat a vízből és a talajból.

sztori

Az emberek jóval a kémiai háttér megértése előtt alkalmazták az ioncserélők elvét.

A második könyve Mózes, az ioncserélő eljárás implicit legrégebbi említés: Ez a játékos keserű ivóvíz húzott beillesztésével öreg fatörzsek - rothadt cellulóz egy jó hőcserélő magnézium - ionok :

Az első ioncserélők , amelyeket kifejezetten a technológiában használtak, alumínium-szilikátok voltak , amelyek reverzibilisen képesek felszívni vagy felszabadítani az alkáliföldfémeket és alkáli-ionokat az oldatból. Az ilyen típusú természetes hőcserélők pl. B. bizonyos vulkáni lerakódásokban. Az első mesterséges alumínium-szilikátokat Permutit néven a 20. század elején fejlesztették ki, és a víz lágyítására használták.

További fejlesztések voltak a speciális szénalapú gyengén savas ioncserélők és a fenolgyantákon alapuló gyengén bázikus ioncserélők . Mindezek a régebbi cseretípusok mechanikusan törött granulátumok voltak, bizonyos szemcseméretek szerint szitálva. A fenolgyanták kifejlesztésével a gömb alakú polimerek később közvetlenül előállíthatók. Erősen bázikus ioncserélőkkel lehetővé vált a szilikátok eltávolítása a nyers vízből. A mai hőcserélők főként módosított polisztirolokon és poliakrilsavakon alapulnak .

funkcionalitás

A vízlágyulási folyamat sematikus bemutatása: a vízben lévő kalciumionokat nátriumionok helyettesítik. A kalciumionokat az ioncserélő köti meg.

Az ioncsere elve azon a tényen alapul, hogy az ionok erősebben kötődnek az ioncserélőhöz, minél nagyobb a töltésük, és ugyanolyan töltéssel, annál nagyobb az ionsugaruk . Például a Na ⁺ az ioncserélőben Ca ^{2+ által} kiszorított, valamint a Ca ²⁺ az Al ^{3+ által} . Az erősebb kötőion kiszorítja a gyengébb kötőiont az ioncserélő anyag kötési helyeiről. Ezért biztosítani kell, hogy az oldatból eltávolítandó nem kívánt ion erősebben kapcsolódjon, mint az ioncserélőhöz kötött ion. További fontos befolyásoló tényezők: az oldat pH-értéke az ioncserélő anyag kötőhelyeinek típusával és számával, valamint a megfelelő anyagkoncentrációval összefüggésben . A kétértékű fémionok alábbi felsorolása megmutatja, hogy az ionsugár milyen erősen befolyásolja az ioncserélő gyanta szelektivitását. Az értékek egy 4,0-es pH-értékű oldatra és a kalciumra vonatkoztatva 1,0, a K ^M / Ca-ra és a gyengén savas kationcserélő gyantára vonatkoznak, amely poliakril szerkezetű:

A szelektivitás mellett az abszorbeált ionokat az ioncserélő anyag is kiszoríthatja az anyagkoncentráció növelésével. Ez utóbbit egy regeneráció során hajtják végre. A következőkben a reakciókat nátriumionok példáján mutatjuk be, amelyek vizes oldatban közönséges sóként (NaCl) vannak jelen. Erősen savas kationcserélő gyantát használnak felvételre (= betöltés / működés) és leválasztásra (= regeneráció). A regeneráló anyag sósav.

${\ displaystyle \ mathrm {R-SO_ {3} H + Na ^ {+} + Cl ^ {-} + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ R-SO_ {3} Na + H_ {3} O ^ { +} + Cl ^ {-}}}$

${\ displaystyle \ mathrm {R-SO_ {3} ^ {\, -}}}$: A kationcserélő alapvető szerkezete, mint pl B. szulfonált polisztirol

Betöltéskor a reakció balról jobbra halad. Ha az egyenlet jobb oldalán a H ₃ O ⁺ ion koncentrációja növekszik, a reakció ismét balra tolódik, és a hőcserélő visszaalakul savas formává, regenerálódik. Amikor a hőcserélő a rakodási / regenerálási művelet, és ugyanabban az irányban a fluid sómentesítendő és a regeneráló oldat átfolyik, akkor beszélünk egyenáramú hőcserélő ellentétes irányban az áramlás irányában egy számláló hővisszanyerő . A regeneráló anyag koncentrációja általában 3–10% HCl.

A megadott példában híg sósav képződik a lefolyó vízben töltés közben. Az ellenion hatás miatt a nyers víz sókoncentrációjától és az ioncserélő gyanta terhelési állapotától függően a töltés során nátriumcsúszás történik . Ezért a hőcserélő után kifolyó tiszta vízben még mindig van egy kis nátrium. Ez elérheti az 1 mg Na ⁺ / l vagy annál magasabb értékeket , különösen egyenáramú hőcserélővel . Egy ellenáramú hőcserélő , ezek ≤ 0,1 mg Na ⁺ / l.

Az ioncserélők típusai

Attól függően, hogy milyen típusú ionokat cserélnek, különbséget tesznek a kationcserélők és az anioncserélők között. Kationcserélő esetén az aktív csoport egy anionos csoport, például szulfonsavcsoport vagy disszociálható kationt tartalmazó karboxicsoport . Megkülönböztetünk gyengén savas kationcserélőket (karboxicsoportokat) és erősen savasakat a szulfonsavcsoportokkal.

Az anioncserélők esetében az erősen bázikus típusok kvaterner ammóniumcsoportokat tartalmaznak aktív csoportként, amelyek kicserélhetik ellenionjukat. Általában I. és II. Típusú anioncserélőket használnak. Az I. és II. Típus közötti megkülönböztetés a hőellenállás és a cserekapacitás tulajdonságaira vonatkozik. Az I-es típusú anioncserélő termikusan stabilabb, de kisebb a cserekapacitása, mint a II-es típusú hőcserélője. Az aktív cseréje csoportja az I. típusú hőcserélő egy trimetilammónium-csoporttal (-N ⁺ (CH ₃ ) ₃ ). Type II legalább az egyik a három metilcsoport helyett hidroxi-etil-csoport (-CH ₂ -CH ₂ -OH).

A gyengén bázikus cserélők aminocsoportokat tartalmaznak , amelyekhez a szabad savak anionjai kapcsolódnak. A savanionok reverzibilisen kötődnek. A lúgok , a szabad aminocsoportok újjáalakult regenerálás során. Az aminocsoport típusától függően - primer (–NH ₂ ), szekunder (–NHR) vagy tercier aminocsoport (–NR ₂ ) - a cserélők alapossága gyenge vagy közepes bázisú.

Az amfoter cserélők egyszerre cserélhetnek anionokat és kationokat. A kationcserélők az oldott kationokat (pozitív töltésű ionokat) kicserélik más kationokra, amelyek a csereanyag részét képezik. A kationcserélő anyagok maguk is sók, így a kationok (az alábbi egyenletben: Z ⁺ ) könnyen oldatba léphetnek, azaz mobilak (mobilak). A kationcserélő anyag polimer és vízben oldhatatlan anionjai (az alábbi egyenletben: Q ^m− ) helyhez kötöttek , azaz mozdulatlanok. Az egyenértékű kationok (Ka ⁺ ) oldott sóból (Ka ⁺ + An ^- ) az ioncserélő [(Z ⁺ ) _n Q ^m− ] általi cseréjének általános egyenleteként az alábbiak írhatók:

${\ displaystyle x \ {\ text {Ka}} ^ {+} + x \ {\ text {An}} ^ {-} + [({\ text {Z}} ^ {+}) _ {n} { \ text {Q}} ^ {m -}] \ longrightarrow x \ {\ text {Z}} ^ {+} + x \ {\ text {An}} ^ {-} + [({\ text {Z} } ^ {+}) _ {nx} ({\ text {Ka}} ^ {+}) _ {x} {\ text {Q}} ^ {m-}]}$

Az anioncserélők az oldott só anionjait (negatív töltésű ionjait) kicserélik más anionokra. Az ioncserélő álló kationjai polimerek, míg az anioncserélő anionjai mozgékonyak .

Példák ioncserélő anyagokra:

• Alumina
• Klorofill
• Kolesztiramin , koleszevelám
• (rothadó) fa
• Szintetikus gyanta ioncserélő
• funkcionalizált Sepharose
• Agyagásványok, például montmorillonit
• Zeolitok [természetes vagy mesterséges, pl. B. A zeolit (Sasil)]

Műszaki ioncserélő oszlopok

Míg az üvegből vagy műanyagból készült, gyantával töltött oszlopokat a laboratóriumban használják, a műszaki rendszerek oszlopait konténerként tervezik. Ezek a tartályok elsősorban acélból készülnek, belső kemény gumibéléssel. A víztelenítő rendszerek vagy a kezelt folyadék be- és / vagy kimenetének fúvókalapjai és a regeneráló oldatok a tartályba vannak beépítve. A hőcserélő verziójától vagy funkciójától függően a következő típusokat használják:

• DC váltó
• Ellenáramú hőcserélő
• Rétegezett ágycserélő
• Többkamrás hőcserélő
• Vegyes ágycserélő , szintén különleges változatban, mint trió ágy
• Kettős áramlású hőcserélő
• Szendvicscserélő

Az első négy típusú hőcserélő kationos vagy anioncserélő gyantákkal van feltöltve. Ennek megfelelően gyengén és erősen savas vagy gyengén és erősen lúgos ioncserélő gyantákat használunk. Legalább két hőcserélőre van szükség a sótalanításhoz, hogy a kationok és az anionok eltávolíthatók legyenek. A fennmaradó három típus kation- és anioncserélő gyantákkal működik. A sótalanítás itt tartályban lehetséges.

Egy tipikus demineralizációs rendszer tartalmaz kationokhoz cserélőt, anioncserélőt és, ha ionmentesített vizet kell előállítani, amelynek maradék vezetőképessége kevesebb mint 1,0 µS / cm, vegyes ágyú hőcserélőt tartalmaz. Ezt a kombinációt sótalanító vonalnak is nevezik . A CO ₂ eltávolítására szolgáló csepegtetőtartály gyakran van elrendezve a kation és az anioncserélők között . Ez utóbbi a karbonát keménységéből képződött szabad szénsavat 10 mg / l alá csökkenti. Ez gazdaságosabb, mint anioncserélőkkel történő eltávolítás.

A folyamatos tiszta víztermeléshez két út szükséges. Az egyik út működik, a második út pedig felújítás alatt áll vagy várakozik. Az utak normál üzemideje a regenerálás előtt több mint 6 óra. Ha a rendszert kevesebb, mint 4 órára tervezték, akkor rövid ciklusú rendszernek nevezik .

A fent felsorolt ​​rendszerek mellett, amelyek mind kötegelt rendszerként működnek, a technológiában vannak olyan rendszerek is, amelyek folyamatosan működnek. Különféle eljárásokat fejlesztettek ki az ilyen típusú sótalanító üzemek számára, de ezeket a gyakorlatban ritkán alkalmazzák. További információ erről folyamatos ioncserélő rendszerek alatt .

Gyanta ioncserélő

A szintetikus gyanta ioncserélők polimer / polikondenzátum vázuk szerkezetében különbözhetnek: Gélgyantákról vagy makropórusos gyantákról beszélünk . Az első ilyen típusú hőcserélők által kifejlesztett Robert GRIEßBACH a Wolfen festék gyár (aztán egy részét IG Farben ) az 1930-as és forgalomba hozott márkanéven Wofatit ( Wo lfener Fa rbenfabrik Permu tit csere). A Wofatit gyártását Wolfenben az NDK-ban folytatták és tovább fejlesztették. 1988-ig 95 különböző típusú wofatitot állítottak elő, köztük kationcserélőket és anioncserélőket. A jelenlegi kereskedelmi nevek: Lewatit ( Lanxess ), Dowex (Dow Chemicals), Amberlite (Rohm and Haas), Treverlite (CHEMRA) és Resinex (Jacobi Carbon). A gyantacserélők különféle típusú víz és vizes oldatok kezelésére szolgálnak.

Ha szerves ioncserélőket használnak ivóvíz és ipari víz kezelésére vagy az élelmiszeriparban, akkor különleges minőségi követelményeknek kell megfelelni. A gyártási folyamatnak köszönhetően az új hőcserélők monomereket szabadíthatnak fel a kezelt folyadékba a működés kezdeti időszakában . A szerves komponensek megengedett csúszását törvény korlátozza. A TOC (szerves szén) felszabadulásának határértéke Németországban legfeljebb 2,5 mg / m ² érintkezési felület lehet naponta egy 72 órás érintkezési kísérlet során, amelyet kétszer ismételnek meg .

Az alábbiakban bemutatjuk a gyártók által a különféle típusú ioncserélő gyantákra vonatkozóan megadott általános jellemzőket. A felsorolt ​​adatok az erősen savas kationcserélő gyanta, valamint a regeneráló sósav (HCl) és kénsav (H ₂ SO ₄ ) jellemzői:

° zárójelek előtt = egyenárammal, zárójelben = ellenárammal

°° a víz sótalanítására szolgáló konzolok előtt, a kondenzátum sótalanításhoz zárójelben

A gélgyanták például humuszanyagokkal szívják fel a szervesen szennyezett vízből a huminsavakat , amelyek az ioncserélő regenerálásakor nem távolíthatók el; az ioncserélők úgynevezett szennyeződéséhez vezetnek .

Különösen az anioncserélő gyantákat érinti a szennyeződés, és amfoterekké válnak, amikor az ilyen vegyületek felszívódnak , mivel az anioncserélő gyanták bázis- és savcsoportokat hordoznak. Ha a hőcserélőt nátronlúggal regenerálják, most nátriumionok is meg vannak kötve. Összességében a szennyeződés csökkenti a hőcserélők teljesítményét az aktív báziscsoportok blokkolásával, növeli a mosóvízigényt a regeneráló folyadék kimosásakor, és rontja a tiszta víz minőségét a nagyobb nátriumcsúszás miatt. Különböző működési ciklusok után az ioncserélő gyanták nagyrészt inaktívvá válnak, és ki kell cserélni őket. A makropórusos ioncserélő gyanták kifejlesztésével javult a szerves anyagok eltávolítása.

Úgynevezett hulladékcserélők csatlakoztathatók a felszíni vizek ioncseréjéhez, például a lápvízhez és a magas szerves anyagok koncentrációjú fekete vízhez . A hulladékcserélők egyetlen feladata a bomlasztó humuszanyagok elfogása. A többkamrás hőcserélőkkel rendelkező rendszerekben az egyik kamra is megtervezhető hulladékgyűjtő fokozatként. A tulajdonságok széles határok között szabályozhatók megfelelő formulázásokkal és a gyártás során bekövetkező körülményekkel, így lehetséges bizonyos ionokra szelektív hőcserélők előállítása (például a Lewatit Mk51 a borát esetében).

regeneráció

Az ioncserélők regenerálása azon a tényen alapul, hogy az ioncsere egyensúlyi reakció. Valójában a kívánt előre és a nem kívánt fordított reakció is egyszerre megy végbe a működés során. Az ioncserélő használatakor azonban az előremenő reakció dominál . A fordított reakciót a regenerálás során elősegítik "gyengébb" ionok feleslegének hozzáadásával, mivel sok gyengébb ion kiszorítja a hőcserélő által előnyben részesített "erősebb" ionokat. (Lásd még: A legkisebb kényszer elve )

A regenerálást együttáramban vagy ellenáramban hajtják végre, amely a folyadék áramlásának irányához kapcsolódik az üzem közben (más néven töltésnek) és a regenerálásnak. Egyenárammal az ioncserélő ugyanabban az irányban áramlik át mind működés közben, mind regenerálás közben. Ellenáram esetén a regeneráció a terheléssel ellentétes irányban zajlik. A regenerációhoz különféle eljárásokat alkalmaznak. A legfontosabb folyamatok az együttáram, az ellenáram, az összetett és a progresszív regeneráció. Különböző előnyeik és hátrányaik vannak a vegyi anyag felhasználása és a regeneráló hatás szempontjából. A különböző ioncserélő gyantáktól függően általában a következő regeneráló vegyszereket használják:

• Kationcserélők: híg kénsav vagy sósav, valamint vizes sóoldat.
• Anioncserélőknél: vizes ammóniaoldat, híg nátrium-hidroxid-oldat és nátrium-karbonát vagy vizes sóoldat

Folyamatokat fejlesztettek ki a hőcserélők villamos energia segítségével történő regenerálására is, amelyek során a hőcserélőt (különösen a kevert ágyas hőcserélőknél) két hőcserélő membrán (KAT és AAT) között töltik meg, és feszültséget alkalmaznak. Az ionok a terepen vándorolnak, az anolit (sav) és a katolit (lúg) megköti őket, és ezáltal elválik. A membránok megakadályozzák az elektrolitok diffundálódását a hőcserélőbe. Ha ezeket nem regenerálják elektrolitikusan, akkor a kevert ágyas hőcserélőket alulról öblítéssel oszlopokra kell választani (az AAT felül helyezkedik el).

Az 1970-es években azt vizsgálták, hogy vegyszerek helyett a hőmérséklet-különbségek elegendőek-e az ioncseréhez és a regenerációhoz. Olyan ioncserélő gyantákat fejlesztettek ki, amelyek szobahőmérsékleten abszorbeálják a macskát és az anionokat egy sóoldatból, majd H ⁺ és OH ^- ionokra melegítve újra felszabadítják őket. Ezen reakciók egyenlete:

${\ displaystyle \ mathrm {R_ {a} ^ {+} OH ^ {-} + R_ {c} ^ {-} H ^ {+} + Na ^ {+} + Cl ^ {-} \ rightleftharpoons R_ {a } ^ {+} Cl ^ {-} + R_ {c} ^ {-} Na ^ {+} + H_ {2} O}}$

OH formájú aniongyanta + H formájú kationgyanta Na + Cl ionokkal reagálva kationos gyantát képez nátriumban és aniongyanta klorid formában + víz

20 ° C-on a reakció balról jobbra halad. 80 ° C-ra melegítve az abszorbeált ionok ismét felszabadulnak, a reakció megfordul, és a gyanták regenerált formává alakulnak. Enyhe sósvízzel több mint 80% -os sótalanítás érhető el. Az első kísérleti üzemeket Sirotherm Process néven sikeresen tesztelték az USA-ban. Az energiaköltségek növekedése miatt azonban ez a folyamat a gyakorlatban mindeddig nem tudott gazdasági elfogadottságot elérni.

A szennyeződések abszorpciójával blokkolt és így nagyrészt inaktív ioncserélő gyantákat - például fehérjevegyületekkel rendelkező kationcserélőket vagy huminsavakkal ellátott anioncserélőket - meleg lúgos sóoldattal kezelhetjük. Ennek eredményeként ezek a szennyeződések gyakran újra legalább részben eltávolíthatók. Egy ilyen speciális kezelés után normális regenerációra is szükség van.

Alkalmazások

Ioncserélők nagyon gyakran használják lágyító , szikesedés , részleges sótalanító vagy teljes sótalanító a víz vagy vizes oldatok.

Az 1980 körül kifejlesztett "Carix-eljárás" az ivóvízkezelés folyamata , amelyben szén-dioxidot (CO ₂ ) használnak regenerálószerként. Ezt ma már gyakrabban használják részleges sótalanításra és az ivóvíz szulfát- vagy nitráttartalmának csökkentésére.

Porított ioncserélőket használnak kisebb szennyeződések, például festékek, fémnyomok, mérgező szerves klórvegyületek stb. Eltávolítására vizes oldatokból vagy nem vizes folyadékokból, pl. B. bevonat előtti szűréssel használják .

A szerves vegyületek kromatográfiás elválasztására finom szemcseméretű és nagyobb rétegmagasságú ioncserélőket használnak. Az egyik példa a glükóz és a fruktóz elválasztása azoktól a keverékektől, amelyek a kukoricakeményítőnek a cukor invertálásához való fermentálásakor keletkeznek.

Az ioncserélő gyantákat a kémia területén is használják különböző szintézisek katalizátoraként . Ezt a felhasználást részben nem vizes oldatokban is végzik.

Az ioncserélők további fontos alkalmazásai:

• Előállítása sótalanított víz : gyakran nevezik ionmentes vízzel, vagy helytelenül nevezett desztillált vízben (a víz, amelyet tisztítunk a desztilláció ). A kation és az anioncserélők segítségével a nem kívánt sókat eltávolítják a vízből. A tudományban és a technológiában ezért demineralizált víznek , ioncserélt víznek vagy demineralizált víznek ( v oll e ntsalzt) is nevezik.
• Elektronikai ipar: Rendkívül tiszta ioncserélt vízre, más néven ultratiszta vízre van szükség az elektronikai alkatrészek gyártásához - különösen a forgácsgyártásban . Ultratiszta víz előállításához a 0,08 µS / cm <vezetőképességű ionmentesített vizet ezenkívül ≤ 1 mikron pórusméretű gyertyaszűrőn átszűrjük, és UV-fénnyel kezeljük a baktériumok elpusztítására.
• A cukorlé- oldatok tisztítása: A kation- és anioncserélőket cukorlék tisztítására is használják cukor (szacharóz), glükóz vagy fruktóz koncentrátumok előállítása során. Ez eltávolítja a sókat, fehérjéket és színezékeket a nyers oldatokból, és javítja a végtermékek tisztaságát. Továbbá javul a kukoricakeményítőből származó glükóz vagy fruktóz előállításához használt fermentek funkciója. A cukorhozam javítható a répacukorból megmaradt melasz sózásával. Ha a nyers cukorrépa-levet már sótalanítják, melasz nélkül, vákuumban bepárolva közvetlenül fehér cukorrá alakíthatják. A répában található egyéb anyagok is kinyerhetők a regenerációs szennyvízből.
• Sörvíz: A sör előállításához használt főzővíznek nem lehet magas a karbonát-keménység-tartalma. Ezenkívül a magnézium- és kalcium-sóknak bizonyos arányban jelen kell lenniük. A természetes vizek gyakran nem felelnek meg ezeknek a követelményeknek. Ezért a főzővizet gyengén savas kationcserélőkkel részben dekarbonizálják. A hőcserélőt sósavval vagy kénsavval regeneráljuk.
• Urán kitermelés : A szennyvízből különösen + 2 vegyértékű fémionok kinyerése mellett az érc uránkitermelésénél az urán előállítására szolgáló ioncserélő eljárást alkalmazzák. Az ércet lúgos karbonát segítségével emésztjük. Az uránt a kapott oldatból gyengén savas kationcserélőkkel vagy erősen lúgos anioncserélőkkel koncentrálhatjuk. Az uránt ezután a regenerált anyagból oxidként kicsapják , más néven sárga süteményt .
• A mosogatógépek: ioncserélők arra használatos, hogy a készülék megóvására a Ca ²⁺ és Mg ²⁺ ionok, ami oda vezethet, hogy skála ( köznyelvben : meszesedés ). Ezeket az ionokat Na ⁺ ionok helyettesítik, és nem, mint más cserélőknél, a "savas" H ⁺ ionok, mivel ezek megtámadnák a mosogatógépben lévő fémet. A beépített ioncserélőt egy idő után Ca ²⁺ és Mg ²⁺ ionokkal töltjük fel . Van egy speciális regeneráló só, amelyet rendszeresen fel kell tölteni a szükséges regeneráláshoz .

Háztartási vízszűrők

• A víz szűrők : ezek a „szűrők” általában nem csak olyan ioncserélőn a vízkőmentesítés a víz, és így megakadályozzák a vízkő lerakódások vízforralók, hanem többnyire aktívszén szűrők eltávolítására szagú és ízű-rontó anyagok.
• Mosószerekben: az ioncserélőnek csökkentenie kell a mosószerekben lévő víz kalcium-hidrogén-karbonát-tartalmát is, hogy megakadályozza a mészszappanok képződését . Ez azt jelenti, hogy kevesebb mosószerre van szükség. A zeolit ​​A például fontos ioncserélő a mosószerekben .
• Szennyvíz tisztítása: Az egyik példa a szennyvíz tisztítása, amely a galvanizálás után, vagyis a fémbevonatok gyártása során visszamarad. Ez a szennyvíz nehézfém- ionokat tartalmaz, amelyek megmérgezik a szennyvíztisztító telepek biológiai tisztítási szakaszát. A visszatartott fémionok (pl. Ezüst) újrahasznosíthatók.
• A fenolok tisztítása és visszanyerése a szennyvízből: A kémiai szennyvizet előzetesen meg kell tisztítani, ha magasabb fenolokat , biszfenolokat és p-nitrofenolt tartalmaz . Ezen összetevők elválasztása nélkül a szennyvíztisztító telep biológiai tisztítási szakaszát jelentősen akadályozná vagy nagymértékben blokkolná. Az ilyen szennyezett szennyvizet speciális makropórusos anioncserélőkkel előzetesen meg lehet tisztítani. Nagyobb tartalom esetén a fenolok is kinyerhetők.
• A gyógyszeriparban ioncserélő gyantákat használnak koncentrálásra, tisztításra, például sók és szerves szennyeződések eltávolítására és színtelenítésre. Az alkalmazott ioncserélő típusa a kívánt és szükséges reakcióktól függ. A gyengén lúgos cserélőket elsősorban aminosavak tisztítására és az antibiotikumok karbonsavcsoportokkal történő elválasztására használják. A bázikus csoportokkal rendelkező antibiotikumokat viszont gyengén savas cserélőkkel kezelik. Ez utóbbi típusú hőcserélőket alkalmazzák például a B12-vitamin előállítására is. Erősen bázikus hőcserélőket használnak különösen a színtelenítéshez. Az erősen savas cserélők lehetővé teszik az alkaloidok elválasztását és izolálását.
• Az orvostudományban: például, az aktív összetevők felszabadulását elnyelésével protonok (H ⁺ ionok) vagy fém- ionok jelen a szervezetben a ioncserélő és a hatóanyag a tartalmazott az ioncserélő. Egy másik alkalmazás kezelésére hyperkalaemia eltávolításával K ⁺ ionok a test és helyettük a Na ⁺ ionok. A hiperkoleszterinémia terápiájában anioncserélőket (úgynevezett ioncserélő gyantaként ) alkalmaznak a bélben negatív töltésű epesavak megkötésére és cserébe például citromsav felszabadítására. Ez gátolja az epesavak enterohepatikus keringését, a májnak több epesavat kell termelnie a koleszterinből, és az LDL-koleszterinszint a vérben akár 20% -kal csökken. Pozitív mellékhatások a HDL-koleszterin jótékony hatásának 3-8% -os növekedése és az LDL-receptorok sűrűségének növekedése, ami az LDL fokozott kivonásához vezet a vérből. A székrekedés (székrekedés), émelygés és a zsírban oldódó A, D, E, K vitaminok alacsonyabb felszívódása hátrányos lehet. Németországban kolesztiramint alkalmaznak, bár ritkán erre az indikációra .
• Hidroponika : A klasszikus német hidroponikában, ahol agyag szubsztrát van (nem szabad összetéveszteni a hidroponikus rendszerekkel ),avíztároló tartályba általában hosszú távúműgyantaalapú műtrágya- pelletetadnak. Ioncserén keresztül látják el a növényeket ásványi anyagokkal.
• A ritkaföldfémek szétválasztása: Az ioncserélő módszert nagy sikerrel alkalmazták a különféle ritkaföldfémek korábban rendkívül nehézkes és nehéz elválasztásában . A nukleáris kutatási azok előnyeit bizonyította elválasztó plutónium a urán és a maghasadás termékeket. Először sikerült a ritkaföldfém- prometiumot és néhány transzuránelemet kimutatni és izolálni ioncserével .
• Az akváriumi hobbiban: Érzékeny halak, puhatestűek vagy rákfélék számára a nem kívánt ionok (pl. Rézionok) eltávolítására. Szintén a nitrit NO ₂ ^- és a nitrát NO ₃ ^- ( nitrát szűrő ) eltávolítására édesvízi akváriumokban, ha bakteriális-biológiai szűrőket nem lehet megvalósítani.

Ioncserélő membrán

Az ioncserélő membrán (más néven ioncserélő membrán ) egy vékony film (vastagsága: 20-100 mikrométer), amelyet csak bizonyos töltésjelű ionok vezethetnek át. Az „anioncserélő membránok” áteresztik az elektromosan negatív töltésű részecskéket (anionokat), míg a „kationcserélő membránok” csak az elektromosan pozitív töltésű részecskék (kationok) áthaladását engedik meg.

Az ioncserélő membránok töltésszelektív szűrőként szolgálnak, amelyek segítségével kationok vagy anionok célzottan eltávolíthatók az oldatokból. Ezeket a membránokat elektrodialízisben alkalmazzák sóoldatok dúsítására vagy sók elválasztására, és savak és bázisok sóoldatokból történő előállítására használják.

Műszaki ioncserélő membránok (például Amberplex) lehetnek vízben duzzasztott polimer hálózatok, amelyek elektromosan töltött kémiai csoportok (például COO ^- , SO ₃ ^- , PO ₄ ^- , NR ₄ ⁺ ) vannak rögzítve kovalens kötésekkel . A membrán teljes töltését kiegyenlítik a vizes fázisban feloldódó mobil ellenionok. Ezeket a mobil ellenionokat ugyanolyan töltéssel lehet cserélni más mobil ionokra, amint a membránt sóoldattal érintkezésbe hozzuk. Ennek eredményeként minden, a mobil ellenionokkal azonos töltésjelű ion áthaladhat ezen a membránon, míg az ellentétesen töltött töltésű ionok - ugyanazzal a töltésjellel, mint a membránhálózat rögzített ionjai (funkcionális csoport) (polimer mátrix) - elutasításra kerülnek . Ezt a mechanizmust „Donnan kizárásának” nevezik ( Frederick George Donnan után ), és azt jelenti, hogy az ioncserélő membránok töltésszelektív szűrőként használhatók.

Az ioncserélő membrán szelektivitása , S +/-, a kationok és a membránban lévő anionok koncentrációjának arányaként határozható meg. Ez a méret a sókoncentráció növekedésével csökken, azaz H. A membránok tömény sóoldatokban hatástalanná válnak (sókoncentráció> 10–15 mol / L). A kation / anion szelektivitás kiszámítása rendkívül nehéz, mivel az S +/- egyszerre függ a membrán ionaktivitásától és ozmotikus nyomásától.

Lásd még

• Ioncserélő kromatográfia
• Vízlágyítás

dagad

1. ↑ Töltések felszíni rétegekben
2. ^ Rohm és Haas Co. In: borostyán-hi-lites. 162. sz., 1979. ősz, 2. o.
3. ↑ G. Kühne és F. Martinola; In: Ioncserélők - ellenállásuk kémiai és fizikai szerekkel szemben ; VGB Kraftwerkstechnik, 57. évfolyam, 3. szám, 1977. március, 176. o.
4. ^ Bayer AG; In: ioncserélő. 1999, K + W művészeti és reklámnyomtatás, Bad Oeynhausen, 10. o.
5. ↑ Gerhard Schwachula, Hans Reuter: A szintetikus gyanta ioncserélők fejlesztése Wolfenből - Az első 50 év. In: Kortárs tanúvallomások. Kötet: Vegyipar. (Monográfia 19. kötet). Német Kémikusok Társasága, Frankfurt 2000, ISBN 3-924763-88-7 .
6. ↑ Szövetségi Egészségügyi Közlöny 28, No. 12-1985; Mert: egészségügyi vizsgálata műanyagból keretében az Élelmezési és Árutörvény ( Memento az a eredeti 13 ápr 2014 a Internet Archive ) Info: A archív kapcsolat automatikusan egészül ki, és még nem ellenőrizte. Kérjük, ellenőrizze az eredeti és az archív linket az utasításoknak megfelelően, majd távolítsa el ezt az értesítést. (PDF; 654 kB), 1.3.13.3.1.2. Szakasz.  @ 1@ 2Sablon: Webachiv / IABot / www.dvgw.de
7. ↑ Az adatok főként a Lewatit S 100 és az Amberlite IR 120 típusok gyártói termék adatlapjain alapulnak.
8. ↑ Calvin Calmon, Harris Gold: Új irányok az ioncserében. In: Környezettudomány és technológia. 1976. október, 10. évfolyam, 10. szám, 980–984.
9. ↑ Klaus Hagen, Wolfgang Hoell: A Carix- folyamat - sok éven át kipróbált technológia. 2009, GWF Wasser Abwasser különszám , W44- től W48-ig, ISSN  0016-3651 .
10. ↑ A bevonat előtti szűrők magyarázata .
11. ↑ Evan H. Crook, Roger P. McDonnel, James t. Mc.Nehézség: A fenolok eltávolítása és visszanyerése az Industriel hulladékfolyadékaiból. In: Ind. Eng. Chem., Prod. Res. Dev., 1975, 14. kötet, 2. szám, 113-118.
12. ↑ Hubert Schneemann, Lloyd Young, Mary Anne Koda-Kimble: Alkalmazott gyógyszeres terápia: Klinikai-gyógyszerészeti ellátás… Springer DE, 2001, ISBN 3-642-56505-0 , p. 216. ( korlátozott előnézet a Google Könyvkeresőben). 

irodalom

• Gerd Krüger: Ioncserélők - áttekintés. In: Chemiker-Zeitung . 79 (21), (1955), 733-737. Vegyész Újság. 79 (22), (1955), 768-772. Vegyész Újság. 79 (23), (1955), 804-806., ISSN  0009-2894
• Friedrich Martinola: Ioncserélők és adszorberek - sokoldalú eszközök a vegyipar számára . In: Vegyészmérnöki technológia. 51 (7) (1979), 728-736. Oldal, ISSN  1522-2640 .
• AF Holleman , E. Wiberg : Szervetlen kémia tankönyve . 37-39 Kiadás. Walter de Gruyter, Berlin 1956, 330. o.
• Babcock kézikönyve: Víz. 1962.
• Rohm és Haas Comp.: Borostyán-hi-lite. 127. szám 1972. március, 132. szám, 1973. január, 142. szám, 1974. szeptember, 160. szám, 1978–1979. Tél, 174. szám: 1984. tavasz.
• Az ioncserélő gyanták gyártói termékismertetői, pl. B. Lanxess a Lewatit, Rohm és Haas az Amberlite stb.

internetes linkek

• Az ioncsere alapjai, az ioncserélők tulajdonságai, felhasználása, alkalmazásai
• Blume professzor medián ajánlata: ioncserélők a tanításhoz