El intercambio iónico es un proceso de separación basado en la transferencia de iones entre una resina y una solución. Se usa comúnmente para purificar agua removiendo iones como calcio, magnesio y sodio. Las resinas de intercambio iónico son efectivas para esta tarea debido a su alta capacidad de intercambio iónico y su fácil regeneración.

2. Es una operación unitaria de intercambio de materia Es una reacción química reversible, O peración de separación basada en la transferencia de materia fluido-sólido. Implica la transferencia de uno o más iones de la fase fluida al sólido por intercambio o desplazamiento de iones de la misma carga, que se encuentran unidos por fuerzas electrostáticas a grupos funcionales superficiales. En los procesos industriales, se usa para eliminar impurezas (electrolitos), del agua .

3. Los iones comunes que se encuentran en la mayoría de las aguas incluyen los cationes de carga positiva que generan dureza y sodio. Los aniones de carga negativa incluyen alcalinidad. Estas impurezas iónicas pueden causar problemas en los sistemas de enfriamiento y calefacción, generación de vapor, y manufactura Cationes Aniones Calcio (Ca2+) Cloruro (Cl-) Magnesio (Mg2+) Bicarbonato (HCO3-) Sodio (Na+) Nitrato (NO3-) Potasio (K+) Carbonato (CO32-) Hierro (Fe2+) Sulfato (SO42-)

4. Las cargas de los grupos iónicos inmóviles se equilibran con las de otros iones, de signo opuesto, denominados contraiones, que están libres y intercambian Cuando dichos iones son cationes, los cambiadores iónicos se denominan catiónicos y cuando son aniones se denominan aniónicos. INTERCAMBIO MONOVALENTE (Cambiador catiónico): R- matriz formada por grupos iónicos negativos fijados a la resina A+ y B+ iones que se intercambian (CONTRAIONES) X- CO-IÓN

5. Las resinas de intercambio iónico son particularmente adecuadas para la eliminación de impurezas por varias razones: las resinas poseen una alta capacidad para los iones que se encuentran en bajas concentraciones las resinas son estables y se regeneran fácilmente. los efectos de la temperatura son en su mayoría insignificantes el proceso es excelente tanto para grandes como pequeñas instalaciones, por ejemplo, desde suavizadores de agua para el hogar hasta grandes instalaciones de servicios.

6. (a) RESINA ÁCIDA FUERTE Acido Benceno sulfónico (b) RESINA BASE FUERTE Estructuras de amonio cuaternario (c) RESINA ÁCIDA DÉBIL Acido poliacrílico entrecruzado con DVB (d) RESINA BASE DÉBIL Amina ternaria sobre poliestireno

9. Intercambiador catatónico de ácidos débiles Ca(HCO3) 2 +R-2H-------R-Ca +H2CO3 Mg(HCO3) 2+R-2H-------R-Mg +H2CO3 2NaHCO3 +R-2H-------R-2Na+H2CO3 2KHCO3 +R-2H-------R-2K +H2CO3 Intercambiador catiônico de ácidos fuertes: CaSO4 +R-2H-------R-Ca +H2SO4 Na2SO4 +R-2H-------R-2Na+H2SO4 CaCl2 +R-2H-------R-Ca +2HCl 2NaCl +R-2H-------R-2Na+2HCl Ca(NO3)2 +R-2H-------R-Ca +2HNO3 2NaNO3 +R-2H-------R-2Na+2HNO3 CaSiO3 +R-2H-------R-Ca +H2SiO3 K2SiO3 +R-2H-------R-2K +H2SiO3

10. Intercambiador aniónico de bases débiles: R-2OH +2HCl-------R-2Cl +2 H2O R-2OH + H2SO4---R-SO4 +2 H2O R-2OH +2HNO3----R-2NO3 +2 H2O Intercambiador aniónico de bases fuertes : este intercambiador fija los aniones de los ácidos débiles tales como el ácido carbónico y el ácido silícico. Las reacciones serían: R-2OH +H2CO3 ------R-CO3 +2H2O R-2OH +H2SIO3----- R-2OH +2H2O

11. Las resinas de intercambio iónico presentan diferentes selectividades hacia los iones. A continuación se detalla el orden de selectividad de las resinas de intercambio iónico, en orden decreciente (de mayor a menor selectividad): Resinas catiónicas de ácidos fuertes: Ag+, Pb++, Hg++, Ca++, Cu++, Ni++, Cd++, Zn++, Fe++, Mg++, K+, Na+, H+ Resinas catiónicas de ácidos débiles: H+, Cu++, Ca++, Mg++, K+, Na+ Resinas aniónicas de bases fuertes: CO=3, SIO=3, I-, HSO4-, NO-3, Br-, HSO-3,NO2-,Cl-, HCO3-, F- Resinas aniónicas de bases débiles: SO=4, CRO=4, NO-3, I-, Br-, Cl-, F-

12. Esto se realiza haciendo pasar soluciones que contengan el ión móvil original, el cual se deposita en la resina y desaloja los iones captados durante el agotamiento. Regeneración de resinas de intercambio catiónico: ya no tienen iones hidrógeno para intercambiar, Hace pasar una solución de ácido (normalmente ácido sulfúrico), R-Ca + H 2 SO 4 ----- CaSO 4 +R-2H (resina regenerada) Regeneración de resinas de intercambio aniónico: Ya no tienen más iones OH- que intercambiar con los aniones del agua, pasar una solución de base fuerte (generalmente se emplea hidróxido de sodio), R-2Cl +2NaOH-----R 2OH +2NaCl

13. OPERACIÓN CÍCLICA: Etapas • Tratamiento (hasta agotamiento o punto de ruptura establecido) • Lavado contracorriente (opcional): limpieza y uniformidad del lecho • Regeneración (resina vuelve forma original) • Lavado (eliminar exceso regenerante)

17. Filtro de carbón Activado intercambiador aniónico de bases fuertes Descarbonatador Intercambiador catiónico de ácidos débiles Intercambiador catiónico de ácidos fuertes Intercambiador aniónico de bases fuertes Agua Cl Cl Bicarbonatos Cloruros, nitratos ,sulfatos Acido Carbónico, Acido Silícico Acido Carbónico Ca, Mg, Na,K Agua Desmineralizada HCl H 2 SO 4 HNO 3 H 2 SiO 3 Ca, Mg, Na,K CO3 SiO3 SO4 NO3

18. Robert Perry y Cecil Chilton, Manual del Ingeniero Químico, Quinta Edición (Segunda Edición en español) Editorial McGraw Hill, México, pág 19-46, 19-49. http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/csalas/OPIV/intercambio_ionico.pdf. http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/experimentacionIQII/Intercambioionico2006.pdf.