sistema de intercambio iónico

¿Qué Es Un Sistema De Intercambio Iónico Y Cómo Funciona?

Un sistema de intercambio iónico se utiliza en una variedad de industrias para fines de ablandamiento, purificación y separación de agua.

Si bien la química de las reacciones individuales de intercambio iónico varía de una aplicación a otra, este es un proceso de tratamiento en el que los iones disueltos se reemplazan por otros iones más deseables de una carga eléctrica similar.

Si se pregunta si un sistema de intercambio iónico es adecuado para su instalación, primero debería saber a ciencia cierta “¿Qué es un sistema de intercambio iónico y cómo funciona?”

El siguiente artículo ofrece una explicación simple de cómo funciona esta tecnología, qué puede esperar de un sistema y cómo se utiliza en aplicaciones industriales comunes.

¿Qué es un sistema de intercambio iónico?

Estos sistemas separan los contaminantes iónicos de una solución a través de un proceso físico-químico donde los iones indeseables son reemplazados por otros iones de la misma carga eléctrica.

Esta reacción ocurre en una columna o recipiente donde se pasa un proceso o flujo de desechos a través de una resina especializada que facilita el intercambio de iones.

Un ejemplo común es un sistema de ablandamiento de agua, donde el objetivo es eliminar los iones de calcio o magnesio formadores de escamas de la solución.

Cuando la solución se pasa a través de una resina compuesta de iones de sodio concentrados, los iones de calcio y magnesio se capturan efectivamente de la solución y la resina los retiene, mientras que los iones de sodio se liberan de la resina a la corriente de efluente.

¿Qué se incluye en un sistema básico de intercambio iónico?

Un sistema bien diseñado se ajusta a las condiciones de una aplicación específica tanto en las especificaciones de diseño físico como en el material de resina elegido. Los componentes comunes de un sistema básico incluyen:

  • Resina
  • Sistema de distribución de entrada
  • Sistema de distribución regenerativa
  • Elementos de retención
  • PLC, válvulas de control y tuberías

Las resinas son el factor más crítico en el diseño del sistema. Las sustancias presentes en la corriente de alimentación, así como otras condiciones del proceso, determinarán la forma geométrica, el tamaño y el material utilizado en la resina.

¿Cómo funciona el intercambio iónico?

Por definición, los iones son átomos o moléculas cargadas. Cuando una sustancia iónica se disuelve en agua, sus moléculas se disocian en cationes (partículas cargadas positivamente) y aniones (partículas cargadas negativamente).

Aprovechando esta característica, reemplaza selectivamente las sustancias iónicas en función de sus cargas eléctricas. Esto se logra haciendo pasar una solución iónica a través de una resina que sirve como matriz donde se permite que tenga lugar la reacción de intercambio iónico.

Con mayor frecuencia, las resinas toman la forma de pequeñas microesferas porosas, aunque a veces están disponibles como una membrana en forma de lámina.

Las resinas se forman a partir de polímeros orgánicos, como el poliestireno, que forman una red de hidrocarburos que se unen electrostáticamente a una gran cantidad de grupos ionizables.

A medida que el proceso o la corriente de desechos fluye a través de la resina, los iones sueltos en la superficie de la resina son reemplazados por iones con una mayor afinidad por el material de resina.

Con el tiempo, la resina se satura con los iones contaminantes y debe regenerarse o recargarse. Esto se logra enjuagando la resina con una solución regenerante.

Típicamente consistente en una solución concentrada de sal, ácido o cáustico, el regenerante revierte la reacción al reponer los cationes o aniones en la superficie de la resina y liberar los iones contaminantes en las aguas residuales.

¿Qué contaminantes eliminan los sistemas de intercambio iónico?

La aplicación más común de un sistema de intercambio iónico es el ablandamiento de zeolita de sodio, aunque otras aplicaciones populares incluyen la producción de agua de alta pureza, la desalcalización y la eliminación de metales.

También puede ser una estrategia extremadamente efectiva para la eliminación de contaminantes disueltos, aunque las resinas deben elegirse cuidadosamente en función de las sustancias presentes en la corriente de alimentación, como se detalla a continuación.

Resinas catiónicas

Los intercambiadores de cationes pueden clasificarse como resinas de catión ácido fuerte (SAC) o resinas de catión ácido débil (WAC), las cuales se usan ampliamente para la desmineralización.

Las resinas SAC también se usan comúnmente para ablandar, mientras que las resinas WAC se usan para aplicaciones de descalcificación. Los contaminantes eliminados por las resinas catiónicas generalmente incluyen:

  • Calcio (Ca 2+ )
  • Cromo (Cr 3+ y Cr 6+ )
  • Hierro (Fe 3+ )
  • Magnesio (Mg 2+ )
  • Manganeso (Mn 2+ )
  • Radio (Ra 2+ )
  • Sodio (Na + )
  • Estroncio (Sr 2+ )

Resinas aniónicas

Los intercambiadores de aniones se pueden clasificar como resinas de anión base fuerte (SBA) o resinas de anión base débil (WBA).

Las resinas SBA se usan con frecuencia para la desmineralización, mientras que las resinas WBA a menudo se usan para la absorción de ácido. Los contaminantes eliminados por las resinas aniónicas generalmente incluyen:

  • Arsénico
  • Carbonatos (CO 3 )
  • Cloruros (Cl – )
  • Cianuro (CN – )
  • Fluoruro
  • Nitratos (NO 3 )
  • Perclorato (ClO 4- )
  • Anión sulfonato de perfluorooctano (PFOS)
  • Ácido perfluorooctanoico (PFOA)
  • Sílice (SiO 2 )
  • Sulfatos (SO 4 )
  • Uranio

Resinas especiales

Mientras que las resinas especiales son altamente efectivas para aplicaciones industriales específicas, su mayor especificidad generalmente significa un mayor gasto y una adopción más limitada que las resinas convencionales.

Las resinas quelantes, por ejemplo, se usan ampliamente para la concentración y eliminación de metales en soluciones diluidas, como el cobalto (Co 2+ ) y el mercurio (Hg y Hg 2+ ).

Del mismo modo, las resinas de intercambio iónico magnético (MIEX) a menudo se implementan para eliminar la materia orgánica natural del agua de alimentación.

Lectura Obligatoria!!!
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