이온 교환이란?

이온 교환은 이온이 두 전해질 용액 사이 또는 전해질 용액과 이온 교환 중합체로 알려진 고체 매트릭스 구조 사이에서 이온 교환되는 화학 공정입니다. 전해질 용액이 중합체, 또는 수지와 반응 할 때, 용액으로부터의 이온이 갇히고 고체 기판에 부착되어 동일한 전하의 상이한 이온을 방출한다. 양이온 교환은 양으로 하전 된 입자가 교환 될 때 발생하고, 음이온 교환은 음으로 하전 된 입자가 교환 될 때 발생한다.

이온 교환은 점토에서 발견되는 제올라이트로 알려진 알루미 노 실리케이트 미네랄을 통해 자연 환경에서 발생할 수 있습니다. 토양에서 발생하는 양이온 교환 수준은 영양분을 유지하는 토양의 능력을 나타내는 지표로 사용될 수 있습니다. 또한 지하수의 순도를 결정하는 데 중요한 요소입니다.

산업 환경에서, 합성 유기 중합체를 사용하여 이온 교환이 일어난다. 이온 교환 중합체는 용액으로부터 특정 이온을 구체적으로 여과하기 위해 제조 될 수있다. 상이한 이온 친화도 및 화학적 특성을 갖는 4 가지 주요 유형의 이온 교환 중합체가있다 : 강한 염기 음이온 수지, 약한 염기 음이온 수지, 강한 산 양이온 수지 및 약한 산 양이온 수지.

이들 4 개의 군 외에, 다른 유형의 이온 교환 수지가 존재한다. 킬레이트 수지는 납 및 수은과 같은 독성 중금속 양이온을 여과하는 데 중요합니다. 이 수지는 폐수 및 지하수 처리에 사용됩니다.

연수 성 수지로 알려진 공정에서 강산 수지를 사용하여 물에서 칼슘 및 마그네슘 양이온을 제거 할 수 있습니다. 용액으로부터의 칼슘 및 마그네슘 이온은 수지로부터 나트륨 또는 수소 이온으로 교환된다. 세탁 세제와 같은 가정용 제품은 비누의 세정 작용과 칼슘 및 마그네슘 이온의 간섭을 방지하기 위해 연수 용 제올라이트를 사용합니다.

물의 탈 이온화는 이온 교환의 또 다른 일반적인 응용 분야입니다. 탈 이온화에서, 나트륨 및 칼슘과 같은 미네랄 염은 사용 된 수지의 유형에 따라 물에서 제거되고 수소 양이온 또는 수산화물 음이온으로 대체된다. 이 공정은 증류수와 비교할 수있는 정제 된 형태의 물을 생성하며, 이는 고순도의 물이 필요한 실험실 및 산업 공정에 유용합니다.

산업용 이온 교환 반응은 일반적으로 컬럼을 사용하여 수행됩니다. 이 용기에는 용액이 통과하는 동안 이온 교환 수지를 유지하는 수지 베드가 있습니다. 유량은 컬럼에 부착 된 밸브 및 기기로 제어 할 수 있습니다. 용액이 수지를 통과함에 따라, 수지의 모든 결합 부위가 채워질 때까지 이온 교환이 일어나 정제 된 용액이 생성된다.