Principios de intercambio iónico

Introducción

La distribución de un soluto entre la fase líquida y la fase sólida se encuentra en el proceso llamado intercambio iónico, el cual es un proceso de separación en el que un sólido de muy alto peso molecular que contiene iones móviles reemplazables espaciado en forma más o menos regular sobre su superficie se pone en contacto con una solución de una especie ionizable, cuando los iones móviles del sólido se intercambian por iones de carga similar en la solución. Por ejemplo, cuando el agua contiene iones divalentes (Ca2+, Mg2+, etc.) se pone en contacto con la forma Na+ de una resina de intercambio iónico, un intercambio de cationes entre la resina y el agua se lleva a cabo.

Principios de intercambio iónico. En los primeros años, intercambiadores iónicos inorgánicos, principalmente zeolitas, se usaron. Los cationes de una solución que son capaces de difundirse a través de los poros se intercambiarán con los iones Na+ de dicha zeolita, que por lo tanto es llamado un intercambiador catiónico. Si el material tiene sitios negativos, los iones intercambiables son cationes y viceversa. Por ejemplo:

[pic 1]

Donde R representa el material residual de la zeolita. De esta manera, el agua “dura” que contiene Ca2+ puede ser suavizado por contacto con la zeolita, reemplazando el Ca2+ en solución por Na+ , quedando el Ca2+ inmovilizado en el sólido. La reacción es reversible, y después de la saturación con Ca2+ la zeolita puede ser regenerada por contacto con una solución de sal:

[pic 2]

Resinas poliméricas de intercambio iónico. Las resinas de intercambio iónico, desarrolladas hace más de 60 años, han reemplazado en gran medida los intercambiadores iónicos tipo zeolita. Las resinas de intercambio iónico comercialmente utilizadas se derivan principalmente de polímeros orgánicos. El poliestireno, entrecruzado con una pequeña cantidad de DVB, es el material base. Un polímero con 10% de contenido de DVA es lo más común. El uso industrial más importante de las resinas de intercambio iónico es para el reblandecimiento y desmineralización de agua para calderas y procesos químicos. Sin embargo, estas resinas también se han utilizado para:

1. Catálisis (ejemplo: catálisis de esterificación).
2. Producción de agua de alta pureza para industria de semiconductores.
3. Separación de iones metálicos de aguas residuales (ejemplo: efluentes de una industria de acabado de metales) para la recuperación y,
4. Tecnología basada en membranas como la electrodiálisis.

Una resina de intercambio iónico se hincha en agua. Con un aumento del hinchamiento, la difusividad de los iones en la resina se hace más grande causando una mayor tasa de transporte de iones en este como resultado.

La capacidad de intercambio iónico también está determinada por el grado de sustitución de los grupos iónicos. Para resinas comerciales comunes, la capacidad de intercambio iónico es de alrededor 5 miliequivalentes por gramo de resina seca (es alrededor de 2.5 miliequivalentes por mililitro de volumen de las resinas hinchadas por agua).

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