Hvad er en Ion Exchange?
En ionbytning er en kemisk proces, hvor ioner udveksles mellem to elektrolytopløsninger eller mellem en elektrolytopløsning og en fast matrixstruktur kendt som en ionbytterpolymer. Når elektrolytopløsningen reagerer med polymeren eller harpiksen, fanges ioner fra opløsningen og fastgøres til det faste underlag, hvilket igen frigiver forskellige ioner med den samme ladning. Kationudveksling forekommer, når positivt ladede partikler udveksles, mens anionbytter finder sted, når negativt ladede partikler udveksles.
Ionudveksling kan forekomme i naturlige omgivelser gennem aluminosilicatmineraler kendt som zeolitter, som findes i ler. Niveauet af kationudveksling, der forekommer i jorden, kan bruges som en indikator for jordens evne til at tilbageholde næringsstoffer. Det er også en vigtig faktor til bestemmelse af grundvands renhed.
I industrielle omgivelser finder ionbytning sted ved anvendelse af syntetiske organiske polymerer. En ionbytterpolymer kan fremstilles til specifikt at filtrere visse ioner fra en opløsning. Der er fire hovedtyper af ionbytterpolymerer, der har forskellige ionaffiniteter og kemiske egenskaber: stærke base-anionharpikser, svage base-anionharpikser, stærke syre-kationharpikser og svage syre-kationharpikser.
Foruden disse fire grupper findes andre typer ionbytterharpikser. Chelerende harpikser er vigtige ved filtrering af giftige tungmetalkationer, såsom bly og kviksølv. Disse harpikser bruges til spildevand og grundvandsbehandling.
Stærke syreharpikser kan bruges til at fjerne calcium- og magnesiumkationer fra vandet i en proces, der kaldes vandblødgøring. Calcium- og magnesiumionerne fra opløsningen ombyttes med natrium- eller hydrogenioner fra harpiksen. Husholdningsprodukter såsom vaskevaskemiddel anvender zeolitter til blødgøring af vand for at forhindre interferens af calcium og magnesiumioner med rengøringsvirkningen af sæbe.
Afionisering af vand er en anden almindelig anvendelse af ionbytning. Ved deionisering fjernes mineralsalte, såsom natrium og calcium, fra vand og erstattes med hydrogenkationer eller hydroxidanioner, afhængigt af den anvendte harpiks. Denne proces producerer en oprenset form af vand, der kan sammenlignes med destilleret vand, hvilket er nyttigt i laboratorie- og industrielle processer, hvor høj renhed af vand er påkrævet.
Industrielle ionbytterreaktioner udføres normalt under anvendelse af søjler. Disse kar indeholder en harpiksbed, der holder ionbytterharpiksen, mens opløsningen ledes gennem den. Strømningen kan styres af ventiler og instrumenter fastgjort til søjlen. Når opløsningen ledes gennem harpiksen, sker ionbytning, indtil alle bindingssteder i harpiksen er fyldt, hvilket frembringer en oprenset opløsning.