Breve reseña de la operación unitaria de intercambio iónico.

1. [ENSAYO DE INTERCAMBIO IONICO] 13 de juniode 2016
Laboratoriode OperacionesUnitariasII |Universidadde Cartagena 1
UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Química
ENSAYO: INTERCAMBIO IONICO
Algarín Miranda Milagros del C. 1, Amaya Marrugo María A. 1, Piñeres Quiñones
Oscar H.1, Salcedo Baena Emma C. 1, Herrera Barros Adriana P.2
1Estudiante de Ingeniería Química, Universidad de Cartagena.
2Profesor de Laboratorio de Operaciones Unitarias II, Universidad de Cartagena.
El agua es un recurso fundamental para el ser humano, esta se encuentra
presente en la mayoría de actividades realizadas en el día, además de que es
utilizada para los diferentes procesos productivos que existen hoy en día, para
estas actividades el agua debe estar en determinadas condiciones debido a que
los suministros de agua natural contienen sales disueltas, las cuales se
encuentran en concentraciones bajas y permiten que el agua conduzca
electricidad. Estas impurezas pueden causar problemas en los equipos utilizados
en los sistemas de enfriamiento, calefacción, producción, entre otros. Los iones
que representan una mayor impureza en el agua están representados por cationes
como calcio, magnesio, sodio y aniones como sulfato, cloruro y silicio. 1
1 Ing. Joseph A. Avilla.Lo Esencial Acerca del Intercambio Iónico.Consultado en la web:
www.agualatinoamerica.com/docs/PDF/5-6-02avilla.pdf

2. [ENSAYO DE INTERCAMBIO IONICO] 13 de juniode 2016
Laboratoriode OperacionesUnitariasII |Universidadde Cartagena 2
Con el objetivo de eliminar todas estas impurezas, se utilizan resinas de
intercambio iónico, los cuales están compuestos por una serie de lechos
conectados entre sí por tuberías, las cuales van a dar paso al fluido que en este
caso es agua. Por lo general estos lechos están compuestos por resinas
catiónicas y aniónicas con el fin de desplazar los iones presentes en el agua, para
eliminar otro tipo de impurezas se cuenta también con lechos formados por carbón
activado y desgasificador, para verificar que ha disminuido o eliminado la
concentración de iones en el agua, se utiliza el parámetro de la conductividad la
cual relaciona la cantidad de iones en una sustancia debido a la carga de estos,
por lo general luego de que el agua pasa por el tren de intercambio iónico la
conductividad de esta debe ser menor a 1 microsiemens para que tengan una
buena eficiencia el proceso. 2
Algunos de los procesos más comunes en los que se utilizan resinas de
intercambio iónico son el ablandamiento de agua, la desmineralización y la
regeneración, además de utilizar estas resinas para retirar las impurezas del agua,
estas también han sido objeto de múltiples investigaciones, por ejemplo, resinas
de intercambio iónico para prolongar la liberación de los fármacos y membranas
de intercambio iónico para determinar la disponibilidad de compuestos de nitratos
y fosfatos en los suelos. Las resinas de intercambio ionio son insolubles en agua y
por lo general son de naturaleza polimérica que contienen grupos ionizados
(aniones o cationes) en forma repetitiva a lo largo de la cadena que forman. Estos
grupos funcionales tienen su carga neutralizada por iones de signo contrario
(contraiones), que pueden ser intercambiados de manera estequiométrica por
otros iones de igual signo al ponerse en contacto con una solución de electrólitos.
Las resinas intercambiadoras de cationes se denominan catiónicas y las de
aniones, aniónicas3. En los suelos, las membranas de intercambio ionico actúan
simulando las raíces de las plantas ya que integran la disponibilidad de los
2 Parámetros físico-químicos:Conductividad.Consultado en la web:
www.uprm.edu/biology/profs/massol/manual/p2-conductividad.pdf
3 Hector M. Zerquera. Resinas de intercambio ionico para prolongar laliberación defarmacos.Centro estatal
de control de calidad delos medicamentos. Rev. Cubana Farm. 196 – 206.

3. [ENSAYO DE INTERCAMBIO IONICO] 13 de juniode 2016
Laboratoriode OperacionesUnitariasII |Universidadde Cartagena 3
nutrientes y las tasas de difusión afectadas por la temperatura del suelo, el
contenido de agua y la actividad biológica de los microorganismos4 .
El proceso de ablandamiento de agua consiste en eliminar la dureza, es decir,
eliminar los iones de Ca++ y Mg++ intercambiándolos por iones de Na+ para evitar
que se formen incrustaciones en los equipos. En este proceso se utiliza una resina
de intercambio catiónico, donde al pasar el agua por la resina, entran los iones de
calcio y magnesio produciendo la salida de dos iones de sodio. El resultado de
este proceso no es la eliminación de los iones si no el intercambio de este por
iones de sodio, las resinas se deben regenerar debido a que estas se van
desgastando. Para ser eficaz, el intercambio iónico necesita una diferencia de
afinidad entre los iones en solución y el ion inicialmente en la resina. El
intercambio iónico es una técnica perfecta para eliminar o sustituir contaminantes
de baja concentración en el líquido de tratar5.
En cuanto a las aplicaciones del tren de intercambio iónico, la principal es en el
tratamiento de agua, por un lado se encuentra el ablandamiento del agua,
retirando los iones de Magnesio y Calcio, para este fin se deben utilizar resinas
fuertemente ácidas como las de Sodio, al emplear estas resinas alcalinas se
recomienda realizar su posterior regeneración con ácido clorhídrico. Este tipo de
aguas blandas se requieren en calderas domésticas, calderas industriales de baja
presión y en la industria textil.
La eliminación del color en jarabes de jugo de caña. Para obtener productos con
altos estándares de calidad, debido a que ciertos compuesto orgánicos
disminuyen el rendimiento de la cristalización del azúcar, esto se hace con resinas
fuertemente básicas, la regeneración de este tipo de resinas se realiza con
Salmuera.
4 Edith Aguila Alcántara.Membranas de intercambio iónico para determinar la disponibilidad deNO3-N y
PO4-P en suelos calcáreos dela región central de Cuba. Centro Agrícola,35(3): 11-16.
5 Intercambio ionico,principiosbásicos.Consultado en la web: http://dardel.info/IX/IX_Intro_ES.html

4. [ENSAYO DE INTERCAMBIO IONICO] 13 de juniode 2016
Laboratoriode OperacionesUnitariasII |Universidadde Cartagena 4
La recuperación de polifenoles de la uva negra, es una gran aplicación, porque
permite obtener sustancias con fuertes propiedades antioxidantes y no requiere de
resinas iónicas, lo principal en este proceso es la adsorción.
La desmineralización implica procesos adicionales porque se deben eliminar todos
los iones, para ello se utiliza una resina de intercambio iónico, luego se pasa por
una de intercambio catiónico, por un desgasificador y finalmente por una columna
empacada con carbón activado, este último proporcionando la máxima
purificación, perdida de color y olor del agua.
La desmineralización del jugo de remolacha antes de su evaporación se realiza
con el fin de evitar el daño por incrustaciones en los intercambiadores de calor de
los evaporadores que concentrarán los jugos, provocando paradas no
programadas que se representan en pérdidas económicas para la empresa.
La industria minera también se favorece de esta importante técnica, con la
recuperación de Uranio utilizando ácido sulfúrico y luego pasando por una resina
fuertemente básica.
Hasta en la industria petroquímica las resinas de intercambio iónico cumplen un
gran papel, investigaciones realizadas han determinado que en condiciones de
alta temperatura funcionan como excelentes catalizadores.
La industria farmacéutica también requiere de purificación de medicamentos,
como ciertos antibióticos luego de que éstos son extraídos de los procesos de
fermentación. A demás de que se utilizan otras resinas semejantes para recubrir
aquellos medicamentos con sabores desagradables.
Un estudio reciente emplea intercambio iónico con resinas de zeolitas naturales,
zeolitas 4A y Vermiculita para probar su eficiencia en la adsorción de iones
radioactivos, provenientes de las aguas residuales de lavandería, el principal
interés de dicha investigación es determinar cuáles son los factores más
influyentes para que se lleve a cabo esta adsorción, por lo que simulan iones de

5. [ENSAYO DE INTERCAMBIO IONICO] 13 de juniode 2016
Laboratoriode OperacionesUnitariasII |Universidadde Cartagena 5
Estroncio, Cobalto y Cesio, adicionando, arcilla como sólidos suspendidos y como
compuesto orgánico el oleato de Sodio, luego de determinar que la mejor resina
es la zeolita 4ª, por su excelente propiedad en captar iones radioactivos, se
determinó que las concentraciones de Arcilla y oleato de Sodio influyen de manera
directa, entre menos concentración haya menor es el porcentaje de adsorción.
Finalmente concluyeron que el factor con mayor influencia es el de la
concentración de solidos suspendido, seguido de los compuestos orgánicos y por
último el tipo de iones radioactivos.
Un aspecto fundamental en los procesos de intercambio iónico es la cinética con
que se lleva a cabo la reacción, esta es sumamente rápida en el orden de
segundos, cuando los iones tienen contacto con los grupos funcionales de la
resina. La velocidad de estas reacciones se debe a que no es necesario romper
enlaces químicos, el intercambio y su velocidad dependen de la facilidad con la
que el catión o el anión s e difundan en la estructura de la resina.
El grado de porosidad de la resina, es la capacidad de intercambiar iones con el
agua en contacto, es por este motivo que las zeolitas son muy empleadas en las
columnas de intercambio iónico.
Evidentemente el intercambio iónico es una operación con aplicaciones en la
mayoría de los campos de la industria química, las ventajas que éste ofrece son
las facilidades de mantenimiento, bajos costos de operación y la alta velocidad de
adsorción de iones, pero sobre todo los excelentes resultados para ablandamiento
y desmineralización del agua, cerca del 99% de disminución de conductividad
iónica. Sin embargo su principal desventaja es la limitación del uso de las resinas,
las cuales llegan a su saturación y deben ser sometidas a procesos de
regeneración, lo que para procesos continuas representa una parada del
desarrollo normal de las actividades, además por el manejo de efluentes ácidos y
alcalinos, esta tecnología no es amigable con el medio ambiente.

6. [ENSAYO DE INTERCAMBIO IONICO] 13 de juniode 2016
Laboratoriode OperacionesUnitariasII |Universidadde Cartagena 6
BIBLIOGRAFIA
Ing. Joseph A. Avilla. Lo Esencial Acerca del Intercambio Iónico. Consultado en la
web: www.agualatinoamerica.com/docs/PDF/5-6-02avilla.pdf
Parámetros físico-químicos: Conductividad. Consultado en la web:
www.uprm.edu/biology/profs/massol/manual/p2-conductividad.pdf
Hector M. Zerquera. Resinas de intercambio iónico para prolongar la liberación de
farmacos. Centro estatal de control de calidad de los medicamentos. Rev. Cubana
Farm. 196 – 206.
Edith Aguila Alcántara. Membranas de intercambio iónico para determinar la
disponibilidad de NO3-N y PO4-P en suelos calcáreos de la región central de Cuba.
Centro Agrícola, 35(3): 11-16.
Xianghong F.Removal of radionuclides from laundry wastewater containing
organics and suspended solids using inorganic ion exchanger. Procedia
Environmental Sciences. 2016.