Schimbatori de ioni solizi

Schimbatori de ioni solizi

Schimbatorii de ioni solizi sunt substante insolubile in apa sau alti solventi, capabile sa retina din solutiile de electroliti cu care vin in contact ioni pozitivi sau negativi, in schimbul unei cantitati echivalente de ioni cu aceeasi sarcina electrica. Particulele solide de schimbator de ioni sunt naturale (ca de exemplu zeolitii) sau sintetice(ca rasinile organice). Rasinile sintetice organice sunt tipul predominant utilizat astazi deoarece caracteristicile lor pot fi adaptate pentru diferite aplicatii specifice (Helferich, 1964, Holl, 1997). Dupa felul ionilor de schimb din structura lor chimica exista schimbatori de cationi si schimbatori de anioni. Daca contin ioni H⁺ pe care ii pot schimba cu diversi cationi din solutiile de electroliti, schimbatorii de ioni joaca rolul de acid. Sunt denumiti schimbatori de cationi sau cationiti si pot fi reprezentati schematic prin formula HR (H-cationit). Schimbul ionic al cationitilor acizi se desfasoara conform schemei:

(1)

In acest caz cationul "mobil" H⁺ al cationitului acid HR difuzat in solutia de NaCl a fost inlocuit cu cationul Na⁺ din solutie. In urma acestui schimb, cationitul acid devine un cationit neutru NaR, care poate fi considerat drept o "sare" a cationitului acid. In mod analog, cationitii acizi sub forma HR pot trece sub forma KR, NH₄R, CaR₂, MgR₂ etc prin inlocuirea ionului de schimb H⁺ al cationitului cu ioni K⁺, NH₄⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, din structura cationitului. Procesele de schimb cationic de tipul celor prezentate in ecuatia (1) sunt reversibile astfel ca ele permit regenerarea cationitului conform ecuatiei chimice (2):

(2)

Regenerarea cationitilor se realizeaza, cel mai frecvent, cu solutii de HCl sau H₂SO₄.

Schimbatorii de cationi sunt produse naturale sau sintetice, insolubile in apa, de natura anorganica sau organica, cu structura poroasa, capabile sa se imbibe cu apa si cu solutii de electroliti astfel incat sa permita miscarea speciilor implicate in procesul de schimb. Exista multe tipuri de cationiti folositi in mod curent ce se deosebesc prin structura lor moleculara, prin capacitatea de schimb cationic, prin stabilitatea termica si prin stabilitatea lor fata de agentii chimici in special fata de agentii oxidanti.

Schimbatorii de ioni care contin ioni hidroxid (OH^- ) pe care ii pot schimba cu diversi anioni din solutiile de electroliti se numesc schimbatori de anioni sau anioniti. Pot fi reprezentati schematic prin formula ROH (OH-anionit). In procesul de schimb ionic joaca rolul unor baze, schimbul anionic desfasurandu-se conform ecuattiei chimice (3):

(3)

Anionul mobil OH^- a fost inlocuit cu anionul Cl ^- din solutia de NaCl. Se obtine astfel anionitul neutru RCl care poate fi considerat drept o sare a anionitului bazic ROH. Prin desfasurarea inversa a reactiei reversibile (3) devine posibila regenerarea anionitului RCl care revine la forma sa initiala de anionit ROH.

(4)

Regenerarea anionitilor se realizeaza deci folosind solutii alcaline.

Ca si schimbatorii de cationi, schimbatorii de anioni sunt in general produse sintetice de natura anorganica sau organica, macromoleculare cu structura microporoasa, capabile sa se imbibe cu apa si cu solutii de electroliti astfel incat sa permita miscarea speciilor care se schimba si deci sa realizeze schimbul intre anionii din solutii si anionii de schimb din structura chimica solida. Anionitii folositi in mod curent contin in structura lor chimica grupe amino, deosebindu-se intre ei dupa natura acestor grupe (primare, secundare, tertiare, cuaternare). Ei pot fi obtinuti prin modificari chimice ale produselor naturale (celuloza, proteine etc) sau prin reactii de policondensare sau polimerizare, folosind monomeri adecvati (Ionescu,1969; Vogel si Tadaro, 2002).

Diferitele tipuri de anioniti se deosebesc prin capacitatea lor de schimb anionic, stabilitatea termica si stabilitatea fata de diferiti agenti chimici.

Dupa modul de obtinere schimbatorii de ioni solizi pot fi clasificati in naturali, naturali modificati si sintetici, anorganici sau organici.