Tratamiento de aguas
Las resinas de intercambio iónico están diseñadas para diferentes aplicaciones. En la actualidad, su aplicación más conocida es el tratamiento de las aguas.
Las resinas de intercambio iónico son materiales sintéticos, normalmente esferas de 0,5-1 mm de diámetro. Éstas tienen la capacidad, en contacto con una solución acuosa, de eliminar selectivamente partículas disueltas que tienen una carga ya sea positiva o negativa (iones), mantenerlas temporalmente unidas en combinación química y cederlas de nuevo frente a una solución fuerte de regenerante.
La acción de intercambio iónico es una reacción reversible. Si designamos a la resina por [R] podemos escribir:
[R]A + B ←→ [R]B + A
Aunque la resina tome como referencia unos iones A frente a otros iones B, al tratarse de una reacción reversible podemos invertir esta tendencia aumentando la concentración de B muy por encima de la de A. Este es el fundamento de la regeneración de resinas.
Las propiedades que rigen el proceso de intercambio iónico y determinan sus características principales son:
Las resinas actúan selectivamente, de forma que pueden preferir un ión sobre otro.
Las resinas se comportan como un electrolito cualquiera con la particularidad de que todos los grupos reactivos están unidos a un polímero insoluble que forma la matriz de la resina.
La reacción de intercambio iónico es reversible, es decir puede avanzar en los dos sentidos.
En la reacción se mantiene la electroneutralidad. Un ión simple se intercambiará por otro ión simple. Por ejemplo:
[R]H+ + Na+ + Cl- ←→ [R]Na+ + H+ + Cl-
Las resinas polimétricas de fabricación sintética tienen claras ventajas en procesos como ablandamiento y desmineralización del agua y en otros procesos especiales tales como la purificación de ciertos químicos, la desmineralización de jarabes de azúcares, etc.
La mayoría de las resinas utilizadas hoy en día son sintéticas basadas en un copolímero de estireno-divinilbenceno, tratado apropiadamente para añadirle los grupos funcionales. La sulfonación da lugar a resinas catiónicas y la aminación a resinas aniónicas.
Existen cuatro tipos principales:
La diferencia más importante es que las resinas fuertes operan a cualquier pH pero tienen una capacidad más limitada que las débiles y deben regenerarse más frecuentemente. Su regeneración es ineficiente e implica un alto coste de regenerante en cambio las resinas de carácter débil, además de mayor capacidad, se regeneran casi estequiométricamente, es decir con un exceso mínimo de regenerante, pero operan dentro de pH limitados y no captan todos los iones.
El proceso de intercambio tiene lugar entre un sólido (resina) y un líquido (agua). Durante el proceso, los componentes menos deseados son intercambiados por otros considerados más deseables.
En el proceso de intercambio de iones cargados positivamente (cationes) durante el tratamiento de agua, los cationes que entran en contacto con la resina de intercambio iónico son intercambiados con otros cationes disponibles en la superficie de la resina, generalmente sodio (Na+).
En el proceso de intercambio de iones cargados negativamente (aniones) durante el tratamiento de agua, los aniones son intercambiados con otros aniones en la superficie de la resina, generalmente cloruro (Cl-). Varios contaminantes — incluyendo a los nitratos, fluoruros, sulfatos y arsénico — se pueden remover mediante el intercambio de aniones.
Las ventajas del proceso iónico en el tratamiento de agua son las siguientes:
Se adapta a las necesidades de las aguas en que las concentraciones de las impurezas iónicas son relativamente bajas.
Las resinas actuales tiene alta capacidad de intercambio que permiten conseguir procesos compactos requiriendo inversiones moderadas.
Las resinas son estables químicamente, de larga duración y fácil regeneración.
Las instalaciones pueden ser automáticas o manuales para adaptarse a las condiciones específicas.
Las resinas pueden utilizarse solas o en conjunto, para eliminar los contaminantes iónicos del agua.
La operación de intercambio iónico siempre debe de ir precedida del pretratamiento adecuado. Se debe eliminar la materia en suspensión y la materia coloidal que pueda ensuciar las resinas reduciendo la difusión de los iones y disminuir la eficiencia.