Vad är ett jonbyte?

En jonbyte är en kemisk process där joner utbyts mellan två elektrolytlösningar eller mellan en elektrolytlösning och en solid matrisstruktur känd som en jonbytarpolymer. När elektrolytlösningen reagerar med polymeren eller hartset, fångas joner från lösningen och fästs vid det fasta underlaget, vilket i sin tur frisätter olika joner med samma laddning. Katjonbyte inträffar när positivt laddade partiklar utbyts, medan anjonbyte inträffar när negativt laddade partiklar utbyts.

jonbyte kan uppstå i naturliga miljöer genom aluminosilikatmineraler kända som zeoliter, som finns i lera. Nivån på katjonbyte som förekommer i jord kan användas som en indikator på jordens förmåga att behålla näringsämnen. Det är också en viktig faktor för att bestämma renheten hos grundvatten.

I industriella miljöer sker jonbyte genom användning av syntetiska organiska polymerer. En jonbytarpolymer kantillverkas för att specifikt filtrera bort vissa joner från en lösning. Det finns fyra huvudtyper av jonbytarpolymerer som har olika jonakak och kemiska egenskaper: starka basjonhartser, svaga basjonhartser, starka syrakationshartser och svaga syrakationshartser.

Förutom dessa fyra grupper finns det andra typer av jonbyteshartser. Kelatinghartser är viktiga för att filtrera bort giftiga tungmetallkatjoner, såsom bly och kvicksilver. Dessa hartser används vid avloppsvatten och grundvattenbehandling.

Starka syrahartser kan användas för att ta bort kalcium- och magnesiumkatjoner från vatten i en process som kallas vattenmjukning. Kalcium- och magnesiumjonerna från lösningen utbyts mot natrium- eller vätejoner från hartset. Hushållsprodukter som tvättmedel använder zeoliter för mjukning av vatten för att förhindra störningar av kalcium- och magnesiumjonermed rengöring av tvål.

avjonisering av vatten är en annan vanlig tillämpning av jonbyte. Vid avjonisering avlägsnas mineralsalter såsom natrium och kalcium från vatten och ersätts med vätekationer eller hydroxidanjoner, beroende på vilken typ av harts som används. Denna process producerar en renad form av vatten som är jämförbar med destillerat vatten, vilket är användbart i laboratorie- och industriella processer där hög renhet av vatten krävs.

industriella jonbytesreaktioner utförs vanligtvis med kolumner. Dessa kärl innehåller en hartsbädd, som håller jonbyteshartset medan lösningen passeras genom den. Flödet kan styras av ventiler och instrumentering fäst vid kolonnen. När lösningen passeras genom hartset inträffar jonbyte tills alla bindningsställen i hartset är fyllda, vilket ger en renad lösning.