Ionex

Podle schopnosti disociace/protonizace dělíme anexy 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.

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⁻

Iontová výměna je vlastní pracovní cyklus ionexu. Hnací silou je difuze, vliv má i rozdíl koncentrací vně a uvnitř ionexu, elektrický potenciál, případně další probíhající chemické reakce. Ionty nejprve difundují do vnější, filmové vrstvy ionexu, což je část roztoku blízko ionexu, která už neproudí a je v klidu. Rychlost této difuze závisí na proudění roztoku kolonou. Pak následuje difuze skrz filmovou vrstvu k ionexu, poslední fází difuze je gelová difuze, neboli difuze skrz povrchovou vrstvu ionexu k funkční skupině. Řídícím dějem (neboli dějem, který je nejpomalejší, a tak určuje celkovou rychlost procesu) je gelová difuze (pro koncentrace iontů do 0,1mol/kg roztoku), nebo filmová difuze (pro koncentrace iontů do 0,01 mol/kg roztoku).

Na začátku je všechen ionex v určité formě. Pro případ silného katexu v Na⁺ cyklu jsou všechny protionty sodné kationty. Při průtoku roztoku kolony dochází k nahrazování Na⁺ iontů jinými kationty - nejsilněji se vážou ionty s nejvyšší afinitou k ionexu (např. vícemocné kovy), slaběji další ionty podle selektivitní řady. Uvolní se ionty Na⁺, které odtékají z kolony. Zároveň ionty s vyšší afinitou (například Fe³⁺) vytěsňují z funkčních skupin ionty s nižší afinitou (například Mg ²⁺), které se tak posouvají do dalších částí kolony. V okamžiku, kdy jsou odplaveny všechny ionty Na⁺ (v odtoku se objeví iont z roztoku s nejnižší afinitou k ionexu) dochází k vyčerpání ionexu a je nutné ho regenerovat.

Při průtoku vody ionexem se ionex stlačuje a sesedá, zvyšují se tak tlakové ztráty. Pokud roztok zároveň obsahuje nerozpuštěné látky, ionex se zanáší a ucpává. Proto je třeba občas ionex vyprat, což se dělá protiproudně směsí vody a vzduchu. Nevýhodou je, že se promíchají jednotlivé vrstvy ionexu a zvyšuje se tak spotřeba regeneračního činidla.

Regenerace je převedení ionexu do původního pracovního cyklu. Provádí se přebytkem regeneračního činidla (až 6 násobek oproti stechiometrii). Dá se provádět souproudně, protiproudně, frakčně, dvouproudně, interně, nebo externě.

Provádí se čistou vodou (prošlou ionexem), vymyje se zbytek regeneračního činidla z kolony. Pak je ionex opět připraven k použití.

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.

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.

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 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.

Probíhá reakce

a)pro silně kyselý katex: HCO3− + H+ = CO2 + H2O

b)pro slabě kyselý katex

-COOH + Na+ + HCO3- = −COONa + H₂O+ CO₂

slabě kyselý katex vyměňuje jen kationty ekvivalentnímu obsahu HCO3-

Používají se silně bazické anexy II. typu. Regenerační roztok po promývání obsahuje velké množství dusičnanů, které se likvidují obvykle elektrolýzou: 2 NO3− = 2 NO2 + O2 + 2 e−

Vzniklý oxid dusičitý se odvětrává nebo dál zpracovává.

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.

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.

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.

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.