¿Cómo son los esquemas del intercambio iónico?

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Aquí te dejamos una explicación fácil de recordar, sobre el esquema del intercambio iónico.

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Principio de funcionamiento del intercambio iónico

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El principio de funcionamiento del intercambio iónico se basa en la capacidad de una resina sólida para intercambiar iones con una solución líquida. Las resinas utilizadas contienen grupos funcionales que pueden intercambiar cationes o aniones con los presentes en la solución. 

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Proceso de intercambio iónico cíclico

Como se observa en la imagen, primero se inicia el ciclo, luego se inicia el intercambio de iones la solución a tratar pasa por la resina varias veces hasta que esta se agota, se recurre a la regeneración de la resina y al finalizar el tratamiento, la regeneración se vuelve a reiniciar el ciclo.

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​​​Modos de operación en el intercambio iónico en columna

 

En los procesos de intercambio iónico en columna se puede trabajar de dos modos:

 

1. Las disoluciones de carga y de regeneración se introducen siempre por la parte superior de la columna.

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​2. El regenerante se introduce en dirección opuesta a la disolución de carga, es decir, por la parte inferior de la columna. Este proceso de denomina, proceso en contracorriente.

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​Tipos de resinas de intercambio iónico según su estructura de red

1. Tipo gel
 

También conocidas como resinas microporosas ya que presentan tamaños de poro relativamente pequeños. En estas resinas el fenómeno swelling es muy importante, ya que se hinchan en mayor o menor medida en función del porcentaje de agente entre cruzante empleado durante la polimerización y del disolvente en el que se encuentre la resina. Por ejemplo, una resina con baja proporción de divinilbenceno se hinchará mucho en disolución acuosa, abriendo ampliamente su estructura, lo cual permitirá la difusión de iones de gran tamaño.
 

2. Resinas macro porosas

También llamadas macrorreticulares. Durante la síntesis de estas resinas a partir de sus monómeros, se utiliza un co-solvente que actúa interponiéndose entre las cadenas poliméricas creando grandes superficies internas. Este disolvente se elimina una vez formada la estructura rígida del polímero. Las perlas tienen una relación área/volumen mayor que las resinas tipo gel, y por tanto, mayor capacidad de intercambio. La estructura macrorreticular favorece la difusión de los iones, mejorando por tanto la cinética de 
intercambio.

3. Resinas isoporosas

Se caracterizan por tener un tamaño de poro uniforme, con lo que aumenta la permeabilidad de los iones en el interior de la red. Son resinas de alta capacidad, regeneración eficiente y de coste más bajo que las resinas macroporosas.

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Tipos de resinas de intercambio iónico según el grupo funcional

1. Resinas catiónicas de ácido fuerte

Se producen por sulfonación del polímero con ácido sulfúrico. El grupo funcional es el ácido sulfónico.

2. Resinas catiónicas de ácido débil

El grupo funcional es un ácido carboxílico, presente en uno de los componentes del copolímero, principalmente el ácido acrílico o metacrílico.
 

3. Resinas aniónicas de base fuerte

Se obtienen a partir de la reacción de copolímeros de estireno-divinilbenceno clorometilados con aminas terciarias. El grupo funcional es una sal de amonio cuaternario.

4. Resinas aniónicas de base débil

Resinas funcionalizadas con grupos de amina primaria, secundaria y terciaria. Suelen aplicarse a la adsorción de ácidos fuertes con buena capacidad, pero su cinética es lenta.

5. Resinas quelatantes

En estas resinas el grupo funcional tiene las propiedades de un reactivo específico, ya que forman quelatos selectivamente con algunos iones metálicos. Los átomos más frecuentes son azufre, nitrógeno, oxígeno y fósforo, que forman enlaces de coordinación con los metales. Sus ventajas sobre las demás es la selectividad que muestran hacia metales de transición y que el carácter de ácido débil del grupo funcional facilita la regeneración de la resina con un ácido mineral. No obstante, son poco utilizadas en laindustria por ser más caras que las anteriores y por tener una cinética de absorción más lenta. La resina quelatante más conocida tiene como grupo funcional el ácido iminodiacético,

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Los tipos de resina suelen abreviarse como:

• SAC: resina de intercambio catiónico de ácido fuerte,
• WAC: resina de intercambio catiónico de ácido débil,
• SBA: resina de intercambio aniónico base fuerte, y
• AMB: resina de intercambio de aniones base débil.