Ionexové filtrační materiály

Ionex je měnič různorodých iontů. Jedná se o vysokomolekulární látku s dostatečnou pórovitostí, jejíž základní skelet na povrchu nese náboj. V praxi používané měniče iontů (ionexy) jsou většinou syntetické vysokomolekulární organické látky, nejčastěji na bázi styrenu, polyakrylátu, fenolformaldehydových pryskyřic a podobně. Jako síťovací činidlo je použit obvykle divinylbenzen v různých koncentracích, jejichž výše ovlivňuje do značné míry selektivní a bobtnací vlastnosti ionexu. Na polymerním skeletu je ukotvena funkční skupina, která je ve vodném prostředí schopná disociace. Tato skupina nese náboj, který je kompenzován protiiontem. Podle druhu protiontu rozlišujeme různé pracovní cykly (nebo také formy ionexu). Anex je měnič aniontů. Funkční skupina anexu má kladný náboj, protiiont záporný náboj. Nejčastějšími protionty jsou OH- (jedná se o anex v OH cyklu), nebo Cl- (anex v Cl cyklu). Cílem anexu je odstranění aniontů z vodného roztoku.

Anexy se dají rozdělit podle schopnosti disociace/protonizace dělíme na: Silně bazické - jsou schopny disociace při jakémkoli pH. Funkční skupina je tvořena kvartérní amoniovou solí. Rozlišují se dva typy silně bazických anexů - typ I, který má na atomu dusíku navázané tři methylové skupiny; a typ II, který má na dusíku odlišné skupiny (dvě methylové skupiny a jednu hydroxyethylovou). Dalším typem je pak selektivní ionex pro odstraňování dusičnanů z pitné vody, který má na dusíku navázané tři ethylové skupiny. Zatímco Typy I a II upřednostňují vazbu se síranovým aniontem před dusičnanovým, tento ionex upřednostňuje vazbu s dusičnanovým aniontem. Slabě bazické - protonizují pouze v neutrálním a kyselém pH, obvyklou funkční skupinou bývají aminoskupiny.

Katex je měnič kationtů. Funkční skupina katexu má záporný náboj, protiiont kladný náboj. Nejčastějšími protionty jsou H+ (jedná se o katex v H cyklu), nebo Na+ (katex v Na cyklu). Cílem katexu je odstranění kationtů z vodného roztoku.

Katexy se dají rozdělit na:

Silně kyselé - disociují při všech hodnotách pH. Funkční skupinou bývá -SO3H, která disociuje na -SO3-
Slabě kyselé - disociují pouze v neutrálním a zásaditém pH. Funkční skupinou bývá karboxylová skupina -COOH, která disociuje na -COO-

Amfolytické ionexy mají schopnost vyměňovat kationty i anionty. Jejich uplatnění v praxi je omezené.

Rozdělujeme Ionexy podle jejich schopností vázat na sebe určitý druh iontů a síla této vazby závisí na mnoha parametrech:

velikost pórů ionexu
charakter protiontů
náboj iontu (s rostoucím nábojem roste afinita)
poloměr iontu v jeho hydratovaném stavu (při stejném náboji iotu s klesajícím poloměrem roste afinita)
polarizovatelnost iontu (s polarizovatelností roste afinita)
schopnost tvořit asociáty nebo komplexy s ionty fixovanými na ionexu (afinita roste)
schopnost tvořit asociáty nebo komplexy s ionty v roztoku (afinita klesá)
Pro každý typ ionexu se sestavují selektivitní řady - což je řada kationtů nebo aniontů uspořádaných podle vzrůstající, nebo klesající afinitě k ionexu.

Použití ionexů:

Změkčování vody
Pomocí ionexu se dají odstranit ionty Ca2+ a Mg2+. Pro tyto účely se používají silné katexy zpravidla v sodíkovém cyklu. Solnost roztoku zůstane zachována - ionty vápníku a hořčíku jsou nahrazeny sodnými ionty.

Deionizace vody
Pro deionozaci vody se používá slabě kyselý katex v H-cyklu, který vymění všechny kationty. Za něj se zařazuje slabě bazický anex v OH cyklu, který vymění většinu aniontů. Produktem je deionizovaná voda.

Demineralizace vody
Demineralizovanou vodu získáme zařazením silně bazického anexu v OH cyklu za kolonu pro výrobu deionizované vody. Tento ionex odstraní i zbytky aniontů a oxid křemičitý.

Dekarbonizace vody
Dekarbonizace vody je odstranění hydrogenuhličitanových aniontů. Provádí se silně kyselým katexem v H cyklu (moc se už nepoužívá) nebo slabě kyselým katexem. Odstranění lze provádět také "neutrální dekarbonizací", kdy se používá silně bazický anex v Cl-formě.

Odstranění dusičnanů
Používají se silně bazické anexy II. typu. Regenerační roztok po promývání obsahuje velké množství dusičnanů, které se likvidují obvykle elektrolýzou.

Selektivní odstraňování těžkých kovů
Pro selektivní odstraňování těžkých kovů se používají komplexotvorné ionexy. Dřív měly především skupinu -SH nebo -S-S-H, reakcí s vícemocným kovem vznikl velmi pevný komplex, který se ovšem nedal regenerovat (musí se spalovat), jeho výhodou je silná afinita ke rtuti. Dnes se používají ionexy se skupinami typu IDA, NTA, nebo EDTA, které s kovem vytváří přes atom kyslíku nebo dusíku koordinační vazbu.

Odstranění amoniakálního dusíku
Amoniakální dusík je ve vodě indikátorem fekálního znečištění. Pro jeho odstranění se používají především zeolity, protože jsou levné a mají dobrou afinitu k jednomocným kationtům. Na druhou stranu mají malou kapacitu a nedají se regenerovat. Používají se například do kočkolitů, někdy se i přidávají dobytku do krmiva.

Likvidace roztoků s komplexně vázanými kovy
Tato technologie se používá především pro získávání vzácných kovů z roztoků, případně pro odstraňování toxických látek. Používají se ionexy, které dokáží kov z komplexu navázat na ionex, v roztoku zůstane pouze roztok komplexotvorného činidla. Jako funkční skupiny ionexů se používají například aminomethylpyridin, oligoethylenaminy (TETA, TEPA, PEHA, …) a podobně. Některé z nich jsou vysoce specifické.

Odstraňování aniontů těžkých kovů
Používá se silně bazický anex v Cl cyklu. Pokud je v zachyceném aniontu drahý kov, ionex se spálí a kov se oddělí. Pokud ionex nelze spálit (nebo je to drahé), používá se regenerace rhodanidem draselným KSCN, z jeho roztoku se pak kov získá elektrolýzou.