Trao đổi ion là gì?

Trao đổi ion là một quá trình hóa học trong đó các ion được trao đổi giữa hai dung dịch điện phân hoặc giữa dung dịch điện phân và cấu trúc ma trận rắn được gọi là polymer trao đổi ion.Khi dung dịch điện phân phản ứng với polymer, hoặc nhựa, các ion từ dung dịch bị mắc kẹt và gắn vào chất nền rắn, từ đó giải phóng các ion khác nhau của cùng một điện tích.Trao đổi cation xảy ra khi các hạt tích điện dương được trao đổi, trong khi trao đổi anion xảy ra khi các hạt tích điện âm được trao đổi. Trao đổi ion có thể xảy ra trong các thiết lập tự nhiên thông qua các khoáng chất aluminosilicate được gọi là zeolit, được tìm thấy trong đất sét.Mức độ trao đổi cation xảy ra trong đất có thể được sử dụng như một chỉ số về khả năng của đất để giữ lại các chất dinh dưỡng.Đây cũng là một yếu tố quan trọng trong việc xác định độ tinh khiết của nước ngầm. Trong các môi trường công nghiệp, trao đổi ion diễn ra thông qua việc sử dụng các polyme hữu cơ tổng hợp.Một polymer trao đổi ion có thể được chế tạo để lọc cụ thể các ion nhất định từ một dung dịch.Có bốn loại polyme trao đổi ion chính có ái lực ion và tính chất hóa học khác nhau: nhựa anion cơ sở mạnh, nhựa anion cơ sở yếu, nhựa cation axit mạnh và nhựa cation axit yếu. Ngoài ra bốn nhóm này, các loại kháccủa nhựa trao đổi ion tồn tại.Nhựa chelating rất quan trọng trong việc lọc ra các cation kim loại nặng độc hại, chẳng hạn như chì và thủy ngân.Những loại nhựa này được sử dụng trong xử lý nước thải và nước ngầm.

Resin axit mạnh có thể được sử dụng để loại bỏ các cation canxi và magiê từ nước trong một quá trình được gọi là làm mềm nước.Các ion canxi và magiê từ dung dịch được trao đổi cho các ion natri hoặc hydro từ nhựa.Các sản phẩm gia dụng như chất tẩy rửa sử dụng zeolit để làm mềm nước để ngăn chặn sự can thiệp của các ion canxi và magiê với tác dụng làm sạch của xà phòng.

khử ion nước là một ứng dụng phổ biến khác của trao đổi ion.Trong khử ion, các muối khoáng như natri và canxi được loại bỏ khỏi nước và được thay thế bằng các cation hydro hoặc anion hydroxit, tùy thuộc vào loại nhựa được sử dụng.Quá trình này tạo ra một dạng nước tinh khiết có thể so sánh với nước cất, rất hữu ích trong các quy trình trong phòng thí nghiệm và công nghiệp, nơi cần có độ tinh khiết cao của nước. Các phản ứng trao đổi ion công nghiệp thường được thực hiện bằng cách sử dụng các cột.Các tàu này chứa một giường nhựa, giữ nhựa trao đổi ion trong khi dung dịch được truyền qua nó.Dòng chảy có thể được điều khiển bởi các van và thiết bị gắn vào cột.Khi dung dịch được truyền qua nhựa, trao đổi ion xảy ra cho đến khi tất cả các vị trí liên kết trong nhựa được lấp đầy, tạo ra một dung dịch tinh khiết.