Ionenwisselaar
Ionenwisselaars zijn kolommen gevuld met bolletjes van kunsthars die ongewenste ionen uit een vloeistof (normaal gesproken water) kunnen verwijderen door ze uit te wisselen tegen andere ionen.
[bewerk] Werking
De vloeistof wordt over een met bolletjes ionenwisselaarhars gevulde kolom geperst. De ongewenste ionen in de vloeistof wisselen met de ionen die op de drager gehecht zijn. Er wordt gewisseld met gelijkwaardige elektrovalenties, zo zal Ca2+ op de drager door 2 H+ worden gewisseld. Het zuiveringsrendement is sterk afhankelijk van het type ionenwisselaar en de gebruikte harssoorten.
De ionenwisselaar kan na gebruik worden geregenereerd door de harsbolletjes te spoelen met een regeneratievloeistof, deze bevat een hoge concentratie regeneratiemiddel (zout, zoutzuur of natronloog) met een bepaalde pH. Het type regeneratiemiddel is afhankelijk van het type ionenwisselaar. Door na te spoelen met behandeld water wordt restvervuiling verwijderd en is de ionenwisselaar weer bruikbaar.
Het toegepaste type ionenwisselaar is sterk afhankelijk van de gewenste waterkwaliteit, als niet al te hoge eisen aan de waterkwaliteit worden gesteld volstaat de goedkopere substitutie van ionen, bij hoogwaardige toepassingen zal worden geprobeerd om alle ionen te verwijderen zodat alleen zuiver water overblijft. Ook is het mogelijk om ionenwisselaars te gebruiken zodat verschillende typen ionen van elkaar gescheiden worden.
[bewerk] Substitutie
Een bekend type ionenwisselaar is de waterontharder, deze wordt onder andere gebruikt voor aquaria met vissen die niet tegen hard water kunnen en bij de bereiding van normale kwaliteit industriewater. De bolletjes kunsthars bevaten Na+ ionen die door Ca2+ of Mg2+ wordt verdrongen, voor elk tweewaardig ion dat uit het water verdwijnt komen er twee natrium ionen terug. Als de Na+ ionen zijn uitgewisseld kan de wisselaar worden geregenereerd door het met geconcentreerd NaCl (keukenzout) te spoelen.
[bewerk] Ionenverwijdering
Een andere toepassing bevindt zich in de industrie. Voor het verkrijgen van zeer zuiver water (ultrapuur water genoemd) bijvoorbeeld voedingwater voor het maken van stoom, wordt een demineralisatie-installatie toegepast. Een veel toegepaste versie is als volgt samengesteld.
Het water stroomt eerst door een kationfilter. In het kationhars worden alle positieve ionen verwisseld voor een waterstofion. Het water dat dit "filter" verlaat is zeer zuur omdat het waterstofion opgelost in water, kenmerkend is voor een zuur.
Na+(aq) + RH+(s) --> RNa+(s) + H+(aq)
De volgende stap is het verwijderen van het carbonaat. Doordat het carbonaat in oplossing is met zuur water ontstaat koolzuur. Door het water in een zogenaamde CO2-toren naar beneden te laten stromen en tegelijkertiijd in tegenstroom lucht door de toren te blazen, vormt zich uit het carbonaat een CO2-molecuul en een hydroxideion. De hydroxide vormt water met een waterstofion dat uit het kationfilter komt.
H2CO3(aq) --> H2O(l) + CO2(g)
De laatste stap in dit proces is het anionfilter. In het anionfilter worden de overgebleven negatieve ionen vervangen door hydroxide-ionen. Nadat de ionen zijn uitgewisseld reageren de waterstofionen met de hydroxydeionen tot water.
Cl-(aq) + H+(aq) + ROH-(s) --> RCl-(s) + H2O(l)
De geleidbaarheid van het water na dit proces ligt normaal gesproken tussen 0,2 en 4 μSiemens/centimeter. Door toepassing van een mengbedfilter kan dit nog worden verlaagd naar 0,055 tot 0,2 μSiemens/centimeter.
