Ionenaustauscher Funktion

Die Ionenaustauscher Funktion ist nicht wie ein Filter, an dem sich stetig neues Material anreichert, bis er vollständig blockiert ist. Ein Ionenaustauscher hat vielmehr die Funktion sich stattdessen wie ein „selektiver Staudamm“ zu verhalten, sog. Ionenaustauscher Selektivität. Das bedeutet, dass je nach Art des Ionenaustauschers dieser manche Elemente eher bindet als andere, die sog. Selektivitätsreihe. Dies geht sogar soweit, dass es manche Elemente gar nicht gebunden werden (z.B. Anionen im Kationenaustauscher; wohingegen Kationen im Anionenaustauscher jedoch über einen Chlorokomplex bei einem bestimmten pH-Wert dennoch gebunden werden können.).

Vereinfacht ausgedrückt: im Vergleich dazu der Staudamm eines Bibers: sehr kleine Bestandteile, beim Ionenaustauscher also die nieder selektiven Bestandteile, im Wasser passieren den Damm, alle größeren Bestandteile, also beim Ionenaustauscher die höher selektiven Bestandteile, bleiben am Damm hängen.

Wenn der Ionenaustauscher nun weiter betrieben wird, ändert sich sein Verhalten vom selektiven Staudamm zu einer automatischen Sortiermaschine. Elemente im Zulauf, die höher selektiv sind, verdrängen Elemente, die nieder selektiv sind. Wenn also der Ionenaustauscher, z.B. ein stark saurer Kationenaustauscher in der H+ Form (Salzsäure-Regeneration), im Zulauf Kupfer, Magnesium und Natrium erhält, wird dieser bei seinem Kapazitätsende, also dann wenn der Ionenaustauscher erschöpft ist, nicht aufhören diese zu binden, sondern er wird diese weiter binden wollen. Da jedoch keine freien Kapazitäten mehr vorhanden sind, kommt es zu einer Konkurrenz unter den geringer selektiven bereits gebundenen Elementen, in diesem Falle Natrium. Der Austauscher würde dementsprechend weiter Kupfer und Magnesium aufnehmen, Natrium jedoch nicht, sondern im Gegenteil für das weiterhin gebundene Kupfer und Magnesium noch mehr des zuvor bereits gebundenen Natriums wieder abgeben. Das bedeutet, dass in diesem Zeitpunkt der Ablauf des Ionenaustauschers mehr Natrium enthält als der Zulauf, der Ionenaustauscher ist damit überfahren. Dies ist dann solange der Fall, bis kein Natrium mehr auf dem Austauscher vorhanden ist und erfolgt dann genauso mit dem Magnesium bis kein Magnesium mehr vorhanden ist und der Austauscher vollständig mit Kupfer beladen ist. Erst in diesem Zeitpunkt ist der selektive Staudamm Ionenaustauscher tatsächlich „voll“ und der Zulauf entspricht dem Ablauf.

Diesen letzten Zeitpunkt „voll“ abzuwarten ist in der Regel wenig sinnvoll, weil ja in der Zwischenzeit häufig unerwünschte Stoffe bereits in den eigentlich abzureinigenden Strom wieder abgegeben wurden, bei einem Mischbettaustauscher z.B. korrosive Chloride oder Ablagerungen bildende Silikate. Es bietet sich daher bei Ionenaustauschern in aller Regel an wenigstens zwei Austauscher hintereinander zu schalten und den ersten Austauscher hinsichtlich der Kapazität zu Überwachen und diesen beim ersten Anzeichen zu regenerieren. In der Praxis bedeutet dies, das man häufig den Leitwert des VE-Wassers in µS/cm als Indikator nimmt. Beim ersten Ansteigen des Leitwerts über den üblichen Wert (z.B. 4-5 µS/cm anstatt sonst üblicher 1-2 µS/cm) des Ionenaustauschers hinaus ist eine Ionenaustauscher regeneration sinnvoll. Bei manchen Anwendungen, z.B. beim Selektivaustauscher in einer chemisch-physikalischen Abwasseranlage, steht der Leitwert als Indikator nicht zur Verfügung, daher wird meistens eine analytische Überwachung des Abwasserstroms vorgenommen anhand derer sich ein Zyklus herausbildet, nachdem der Ionenaustauscher zu regenerieren ist. Es gibt daneben weitere Anwendungen, in denen die ionogenen Stoffe so fest an den Ionenaustauscher gebunden sind, dass sie (zumindest wirtschaftlich) nicht mehr regeneriert werden können, in diesen Fällen oder auch am Ende der Ionenaustauscher Lebensdauer, ist ein Ionenaustauscher wechsel erforderlich.

Ein Ionenaustauscher hat weiterhin spezifische Eigenschaften, die beim Einsatz und bei der Ionenaustauscher Planung beachtet werden sollten. Unter gewissen Umständen kann der Ionenaustauscher auch einen spezifischen Ionenaustauscher Geruch absondern, auch in das produzierte Medium.

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