การแลกเปลี่ยนไอออนคืออะไร?

การแลกเปลี่ยนไอออนเป็นกระบวนการทางเคมีที่มีการแลกเปลี่ยนไอออนระหว่างสารละลายอิเล็กโทรไลต์สองตัวหรือระหว่างสารละลายอิเล็กโทรไลต์และโครงสร้างเมทริกซ์ที่เป็นของแข็งที่รู้จักกันในชื่อพอลิเมอร์แลกเปลี่ยนไอออนเมื่อสารละลายอิเล็กโทรไลต์ทำปฏิกิริยากับพอลิเมอร์หรือเรซินไอออนจากสารละลายจะถูกขังอยู่และติดกับสารตั้งต้นของแข็งซึ่งจะปล่อยไอออนที่แตกต่างกันของประจุเดียวกันการแลกเปลี่ยนไอออนบวกเกิดขึ้นเมื่อมีการแลกเปลี่ยนอนุภาคที่มีประจุบวกในขณะที่การแลกเปลี่ยนประจุลบเกิดขึ้นเมื่อมีการแลกเปลี่ยนอนุภาคที่มีประจุลบ

การแลกเปลี่ยนไอออนอาจเกิดขึ้นในการตั้งค่าตามธรรมชาติผ่านแร่ธาตุอะลูมิโนซิลิเกตที่รู้จักกันในชื่อซีโอไลต์ซึ่งพบในดินระดับของการแลกเปลี่ยนไอออนบวกที่เกิดขึ้นในดินสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ความสามารถของดินในการรักษาสารอาหารนอกจากนี้ยังเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดความบริสุทธิ์ของน้ำใต้ดิน

ในการตั้งค่าอุตสาหกรรมการแลกเปลี่ยนไอออนเกิดขึ้นผ่านการใช้โพลีเมอร์อินทรีย์สังเคราะห์พอลิเมอร์แลกเปลี่ยนไอออนอาจถูกประดิษฐ์ขึ้นเพื่อกรองไอออนบางอย่างจากสารละลายโดยเฉพาะโพลีเมอร์แลกเปลี่ยนไอออนมีสี่ประเภทที่มีไอออนและคุณสมบัติทางเคมีที่แตกต่างกัน: เรซินแอนไอออนฐานที่แข็งแกร่งเรซินแอนไอออนฐานที่อ่อนแอเรซินไอออนไอออนบวกที่แข็งแกร่งและเรซินไอออนบวกกรดอ่อน ๆมีเรซินแลกเปลี่ยนไอออนอยู่เรซินคีเลตมีความสำคัญในการกรองไพเพอร์โลหะหนักที่เป็นพิษเช่นตะกั่วและปรอทเรซินเหล่านี้ใช้ในการบำบัดน้ำเสียและน้ำใต้ดิน

เรซินกรดที่แข็งแรงสามารถใช้ในการกำจัดแคลเซียมและแมกนีเซียมไพเพอร์ออกจากน้ำในกระบวนการที่เรียกว่าการทำให้น้ำลดลงแคลเซียมและแมกนีเซียมไอออนจากสารละลายจะถูกแลกเปลี่ยนสำหรับโซเดียมหรือไฮโดรเจนไอออนจากเรซินผลิตภัณฑ์ในครัวเรือนเช่นผงซักฟอกซักรีดใช้ซีโอไลต์เพื่อลดความอ่อนตัวลงของน้ำเพื่อป้องกันการรบกวนของแคลเซียมและแมกนีเซียมไอออนด้วยการทำความสะอาดสบู่

การกำจัดไอออนของน้ำเป็นอีกหนึ่งการประยุกต์ใช้การแลกเปลี่ยนไอออนในการกำจัดไอออนเกลือแร่เช่นโซเดียมและแคลเซียมจะถูกลบออกจากน้ำและแทนที่ด้วยไฮโดรเจนไอออนบวกหรือแอนไอออนไฮดรอกไซด์ขึ้นอยู่กับชนิดของเรซินที่ใช้กระบวนการนี้สร้างรูปแบบน้ำบริสุทธิ์เทียบเท่ากับน้ำกลั่นซึ่งมีประโยชน์ในกระบวนการในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรมที่จำเป็นต้องมีความบริสุทธิ์สูงของน้ำ

ปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนไอออนอุตสาหกรรมมักจะดำเนินการโดยใช้คอลัมน์เรือเหล่านี้มีเตียงเรซิ่นซึ่งถือเรซินแลกเปลี่ยนไอออนในขณะที่การแก้ปัญหาจะถูกส่งผ่านการไหลสามารถควบคุมได้โดยวาล์วและเครื่องมือวัดที่แนบมากับคอลัมน์เมื่อการแก้ปัญหาถูกส่งผ่านเรซิ่นการแลกเปลี่ยนไอออนจะเกิดขึ้นจนกระทั่งไซต์พันธะทั้งหมดในเรซินเต็มไปด้วยการผลิตสารละลายบริสุทธิ์