Intercambio-ionico

S.E.P.

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TUXTEPEC

INTERCAMBIO IONICO CARRERA: INGENIERIA BIOQUIMICA Asignatura :

Operaciones unitarias II PRESENTA: CLAUDIA GARCIA SEVERIANO ESTEFANY SOLIS ALVAREZ DANIEL LOPEZ SEVILLA

ADRIANA PEREZ CRUZ CATEDRATICO: Dr. Juan Gabriel Torruco Uco

San Juan Bautista Tuxtepec Oaxaca , 09 de Noviembre de 2017

INTERCAMBIO IONICO

El intercambio iónico es una operación unitaria, que tiene como función la separación, que está basada en la transferencia de materia fluido-sólido .Que involucra 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.

Otra definición 

El intercambio de iones se realiza mediante un polímero en forma de esferas diminutas que son capaces de intercambiar iones particulares por otros iones, en una solución que se pasa a través de ellos. A estas esferas de gel sintéticas se les llama “Resinas de intercambio iónico”. Esta capacidad también se observa en varios sistemas naturales, tales como los suelos y las células vivas. Las resinas sintéticas no sólo se utilizan para la purificación del agua, sino también para varias otras aplicaciones incluyen la separación de algunos elementos.

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El intercambio iónico es una operación de separación basada en la transferencia de materia fluido-sólido (Nevárez 2009; Pérez et al, 2006).

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En el proceso de intercambio iónico ocurre una reacción química en la que los iones móviles hidratados de un sólido son intercambiados por iones de igual carga de un fluido (Choi, 2002).

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Este proceso consiste en pasar el fluido sobre un intercambiador catiónico y/o aniónico sólido, reemplazando los cationes y/o aniones por el ion hidrógeno (H+ ) y/o el ion hidroxilo (OH- ) respectivamente (Manahan, 2007).

La eficiencia de este proceso depende de factores como la afinidad de la resina por un ion en particular, el pH del fluido, la concentración de iones, la temperatura y la difusión; éste último factor está en función de la dimensión del ion, carga electrostática, temperatura, estructura y tamaño del poro de la resina (G Grágeda ,2006).

Figura 1:Intercambio iónicos del agua

RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO

Son pequeñas sustancias granuladas o esféricas insolubles en agua, compuestas por una alta concentración de grupos polares, ácidos o básicos, incorporados a una matriz polimérica reticulada por la acción de un agente entrecruzante. Reaccionan como ácidos, bases o sales, pero tienen la peculiaridad de tener sólo cationes o aniones con la habilidad de tomar parte de la reacción química por su capacidad de migración (Nevárez, 2009).

Tipos de resinas de intercambio iónico 

Las resinas de intercambio iónico están destinadas a varios usos, descalcificación, des nitratación, des ionización, des nitratación. Dependiendo de la aplicación a la que se destinen existen diferentes tipos.

FIGURA 2:El tamaño real de las esferas es superior a 0.2 mm para que no puedan pasar a través de las crepinas del desmineralizador, y generalmente inferior a 1 mm.

Resinas Catiónicas de Acido Fuerte Resinas catiónicas Resinas Catiónicas de Acido débil

Tipos de resinas Resinas Anionicas de base fuerte

Resinas anionicas

Resinas Aniónicas de Base débil

Resinas catiónicas de ácido fuerte: Intercambian iones positivos (cationes). Funcionan a cualquier pH. Es la destinada a aplicaciones de suavizado de agua, como primera columna de desionización en los desmineralizadores o para lechos mixtos. Elimina los cationes del agua y necesitan una gran cantidad de regenerante, normalmente ácido clorhídrico (HCl).

Resinas aniónicas de base fuerte: Intercambian iones negativos (aniones). Es la destinada a aplicaciones de suavizado de agua, como segunda columna de desionización en los desmineralizadores o para lechos mixtos. Elimina los aniones del agua y necesitan una gran cantidad de regenerante, normalmente sosa (hidróxidosódico NaOH).

Resinas catiónicas de ácido débil: Tienen menor capacidad de intercambio. No son funcionales a pH bajos. Elevado hinchamiento y contracción lo que hace aumentar las perdidas de carga o provocar roturas en las botellas cuando no cuentan con suficiente espacio en su interior. Se trata de una resina muy eficiente, requiere menos ácido para su regeneración, aunque trabajan a flujos menores que las de ácido fuerte. Es habitual regenerarlas con el ácido de desecho procedente de las de ácido fuerte.

Resinas aniónicas de base débil: Se trata de una resina muy eficiente, requiere menos sosa para su regeneración. No se puede utilizar a pH altos. pueden sufrir problemas de oxidación o ensuciamiento.

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El intercambio iónico está basado en la adsorción, que es un proceso de separación de ciertos componentes de una fase fluida hacia la superficie de un sólido adsorbente.

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Generalmente pequeñas partículas de adsorbente se mantienen en un lecho fijo mientras que el fluido pasa continuamente a través del lecho hasta que el sólido está prácticamente saturado y no es posible alcanzar ya la separación deseada, con lo cual el lecho se ha de regenerar.

La mayoría de los adsorbentes son resinas, compuestos orgánicos de gran peso molecular que tiene la propiedad de disponer de un residuo catiónico o aniónico intercambiable, y gracias a su alta porosidad, la adsorción puede tener lugar fundamentalmente en el interior de las partículas, y aumentado así el área de contacto. La separación se produce debido a la diferente afinidad de las resinas con los cationes y aniones que se desean eliminar, y por tanto la buena elección del lecho favorecerá la separación de los iones y la eficacia dependerá del equilibrio sólido-líquido y de las velocidades de transferencia de materia.

¿COMO OCURRE EL PROCESO?

En resumen

Las sustancias de intercambio iónico presentan determinada selectividad o afinidad influenciada por las propiedades de las sustancia, los iones intercambiados ,la solución en la cual están presentes los iones, la magnitud de la carga y el tamaño de los iones . Las sustancias intercambiadores se clasifican en: Origen naturales: Arcillas zeolitas, resinas naturales y permutitas.

Sintéticos Carbónsulfonado

FIGURA 3: En la parte superior de la imagen 3 se muestra resina catiónica, en la parte inferior aniónica.

Los intercambiadores de iones suelen contener resinas intercambio iónico porosas o en forma de gel ,zeolitas , montmorillonita ,arcilla y humus del suelo

FIGURA 4.1 RESINA MONO ESFERA

FIGURA 4.2: RESINA NO MONO ESFERICA

En la imagen 4: se muestran tres tipos de resina: A la izquierda resina catiónica, a la derecha resina para lecho mixto y en la parte inferior resina aniónica. Se puede observar como en la resina de lecho mixto existen diferentes tamaños y colores. Las resinas aniónica y catiónica son Mono esfera y de color uniforme.

Limites del intercambio iónico 

Para ser eficaz, el intercambio iónico necesita una diferencia de afinidad entre los iones en solución y el ion inicialmente en la resina.

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El intercambio iónico es una técnica perfecta para eliminar o sustituir contaminantes de baja concentración en el líquido a tratar. En tal caso, la duración del ciclo es larga, entre unas horas y varias semanas o meses. Por el contrario, si la concentración es alta, digamos varios gramos por litro de agua o de solución, el ciclo llega a ser muy corto y la cantidad regenerante aumenta hasta valores que llegan a ser intolerables. Para el tratamiento de aguas salobres (las aguas de pozo en ciertas regiones áridas) o de agua de mar, el intercambio iónico no es una técnica viable; otras tecnologías —ósmosis inversa o destilación— son más apropiadas.

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Además, contaminantes no ionizados no se pueden eliminar por intercambio iónico. Las tecnologías adecuadas emplean carbón activo, adsorbentes sintéticos, tamices moleculares y otros medios filtrantes. Ciertos tipos de filtración con membranas, tal como la ultrafiltración y la nano filtración, pueden también constituir buenas soluciones.

Aplicaciones

 Industria farmacéutica

Catálisis



Tratamiento de agua

1.

Ablandamiento

2.

Descarbonatación

3.

Desmineralización

4.

Lechos mezclados

5.

Agua potable



Industria azucarera

1.

. Ablandamiento de agua para la extracción de azúcar

2.

Ablandamiento antes de evaporar

3.

Proceso NRS

4.

Proceso Gryllus

5.

Desmineralización antes de evaporar

6.

Decoloración de jarabes después de evaporar

7.

Proceso Quentin

8.

Recuperación de azúcar en melazas

9.

Inversión de sacarosa

10.

Separación cromatográfica

11.

Tratamiento de glucosa

1. 2. 3. 4. 5. 6.

1. Extracción y purificación de

Alquilación Condensación Esterificación Eterificación Deshidratación Hidrogenación

antibióticos 2. Medicamentos de liberación progresiva 3. Resinas utilizadas directamente como medicamento 4. Enmascarantes de gusto 5. Cromatografía de producción  Otras aplicaciones químicas y diversas 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Recuperación y eliminación de metales Producción de sosa y de cloro Fenol Purificación de peróxido de hidrógeno Eliminación selectiva de varios elementos Industria minera Inmovilización de enzimas Hidrocultura Desaceitado de condensados

EJEMPLO DE INTERCAMBIO IÓNICO ENTRE EL SODIO Y EL POTASIO# video# al

Referencias 

https://www.carbotecnia.info/encyclopedia/intercambio-ionico/

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http://www.aditrasa.com.mx/Resinas.htm

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http://www.desmineralizadores.com/tipos.html

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http://dardel.info/IX/IX_Intro_ES.html