Intercambio ionico

download Intercambio ionico

of 21

  • date post

    17-Oct-2015
  • Category

    Documents

  • view

    12
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Intercambio ionico

  • 5/27/2018 Intercambio ionico

    1/21

    2013

    TRATAMIENTO DE AGUA

    Ing. Levano

    10/05/2013

    INTERCAMBIO INICO

  • 5/27/2018 Intercambio ionico

    2/21

    INTERCAMBIO INICO 2013

    1

    Introduccin

    El intercambio inicoes un intercambio deiones entredoselectrolitos o entre una disolucin de electrolitos y uncomplejo.Enla mayora de los casos se utiliza el trmino para referirse a procesos de

    purificacin, separacin, y descontaminacin de disoluciones quecontienen dichos iones, empleando para ello slidos polimricos ominerales dentro de dispositivos llamadosintercambiadores de iones.

    Los intercambiadores de iones suelen contenerresinas de intercambioinico (porosas o en forma degel),zeolitas,montmorillonita,arcilla yhumusdel suelo. Losintercambiadores de iones pueden ser intercambiadores de cationes,que intercambian iones cargados positivamente (cationes), ointercambiadores de aniones que intercambian iones con carganegativa (aniones). Tambin hay cambiadoresanfteros que soncapaces de intercambiar cationes y aniones al mismo tiempo. Sinembargo, el intercambio simultneo de cationes y aniones puede serms eficiente si se realiza en dispositivos mixtos que contienen unamezcla de resinas de intercambio de aniones y cationes, o pasar lasolucin tratada a travs de diferentes materiales de intercambioinico.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Ionhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrolitohttp://es.wikipedia.org/wiki/Complejo_de_coordinaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Intercambiador_de_iones&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Resina_de_intercambio_i%C3%B3nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Resina_de_intercambio_i%C3%B3nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Zeolitahttp://es.wikipedia.org/wiki/Montmorillonitahttp://es.wikipedia.org/wiki/Arcillahttp://es.wikipedia.org/wiki/Humushttp://es.wikipedia.org/wiki/Cationeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Anioneshttp://es.wikipedia.org/wiki/Anf%C3%B3terohttp://es.wikipedia.org/wiki/Anf%C3%B3terohttp://es.wikipedia.org/wiki/Anioneshttp://es.wikipedia.org/wiki/Cationeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Humushttp://es.wikipedia.org/wiki/Arcillahttp://es.wikipedia.org/wiki/Montmorillonitahttp://es.wikipedia.org/wiki/Zeolitahttp://es.wikipedia.org/wiki/Resina_de_intercambio_i%C3%B3nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Resina_de_intercambio_i%C3%B3nicohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Intercambiador_de_iones&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Complejo_de_coordinaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrolitohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ion
  • 5/27/2018 Intercambio ionico

    3/21

    INTERCAMBIO INICO 2013

    2

    CONDICIONES GENERALES:

    La operacin de intercambio inico comprende el intercambioentre los iones presentes en una disolucin (contaminantes) y los ionesde un slido (resina).Las operaciones de intercambio inico son

    bsicamente reacciones qumicas de sustitucin entre un electrolito ensolucin y un electrolito insoluble con el cual se pone en contacto lasolucin los mecanismos de estas reacciones son tan parecidos a lasoperaciones de adsorcin que se considera como un tipo especial deadsorcin.

    Tipos de resinas de intercambio:

    CATINICAS:Intercambia iones positivos (cationes) Estructura con

    grupos funcionales cidos (resina cido fuerte/cido dbil) Ej. Fuerte:

    Ac. Sulfnica

    ANINICAS:Intercambia iones negativos (aniones) Estructura con

    grupos funcionales bsicos (resina base fuerte/base dbil).

    N total grupos funcionales/ud. peso o volumen resina determina la

    CAPACIDAD DE CAMBIO Tipo de grupo funcional determina la

    SELECTIVIDAD y POSICIN DEL EQUILIBRIO DE INTERCAMBIO.

  • 5/27/2018 Intercambio ionico

    4/21

    INTERCAMBIO INICO 2013

    3

    INTERCAMBIO IONICO SERVIDORES FUNCIONALES

    Funcionales qumicos tpicos usados para intercambiocomercial.

  • 5/27/2018 Intercambio ionico

    5/21

    INTERCAMBIO INICO 2013

    4

    GRUPOS FUNCIONALES

    SELECTIVIDADLas sustancias de intercambio inico presentan deter

    minada se lect ividad o

    a f i n i d a d i n f l u e n c i a d a p o r l a s p r o p i e d a d e s d

    e l a s u s t a n c i a , l o s i o n e s intercambiados, la solucin en lacual estn presentes los iones, la magnitud de lacarga y el tamao de

    los iones. Las resinas suelen ser mas selectivas hacia losiones

    de mayor carga y en caso de estar compitiendo iones de igual

    carga, sermas selectiva hacia los iones con numero atmico ms alto.

    Pero esta relacin, deaf in id ad se in vi er te en co nc en tr ac io ne s

    altas, este es el motivo por el cual lasresinas son regenerables,

    se someten a soluciones de alrededor de 100.000 ppmde cloruro desodio, en el caso de regeneracin de resina para ablandamiento.Las

    resinas de intercambio inico presentan diferentes

    selectividades hacia losiones. A continuacin se detallan

    algunas series tipicas de selectividad o afinidad de la s re si na s

  • 5/27/2018 Intercambio ionico

    6/21

    INTERCAMBIO INICO 2013

    5

    de intercambio inico , en orden decreciente (de mayor a

    menor selectividad):Resinas catinicas de cidos fuertes:

    Ag+, Pb++, Hg++, Ca++, Cu++ Ni++, Cd++, Zn++,Fe++, Mg++, K+, Na+,H+Ag+, Rb+, NH4+, K+, Na+, H+Li+

    Ba++, Sr++, Ca++, Co++, Cu++, Zn++, Mg++Resinas catinicas de cidos dbiles: H+, Cu++ Ca++, Mg++, K+, Na+Resinas aninicas de bases fuertes: CO=3, SIO=3, I-, HSO4-, NO-3, Br-, HSO-3,NO2-,Cl-, HCO3-, F-ClO4-, I-, NO3-, Br-, Cl-HCO3-, F-Resinas aninicas de bases dbiles: SO=4 CRO=4, NO-3, I-, Br-, Cl-, F

    Para intercambio monovalenteentre cationes:

    A+ +R-B + X- =R-A + B++ +X-

    Para Intercambio catinico divalente-monovalente:

    D++ +R 2R-B + +2X- =R2-D ++ +2B+ + 2X-

    A+y B+: contraiones; X: co-in

    .

  • 5/27/2018 Intercambio ionico

    7/21

    INTERCAMBIO INICO 2013

    6

    RESINAS DE INTERCAMBIO INICO

    RESINAS CIDAS FUERTES:

    Esqueleto slido: Poliestireno entrecruzado con divinilbenceno

    (DVB)

    Resinas Comerciales con 2-12% DVB

    Matriz polimrica retiene los grupos funcionales negativos

    (carga fija) e intercambia cationes

    Grupo funcional ms caracterstico resinas cido fuerte es el

    grupo

    benceno-sulfnico

    Operan a cualquier pH

    Son las preferidas para suavizacin y es la primera unidad en

    un

    desmineralizador de dos lechos.

    *(a) RESINA CIDA FUERTE

    Acido Benceno sulfnico

  • 5/27/2018 Intercambio ionico

    8/21

    INTERCAMBIO INICO 2013

    7

    RESINAS CIDAS DBILES:

    Esqueleto slido: Copolmeros de DVB y Ac. Acrlico o

    metacrilato

    Tienen grupos carboxilicos como los sitios de intercambio Son altamente eficientes en su regeneracin

    Son sometidas a una capacidad reducida de un incremento en el

    flujo

    volumtrico, bajas temperaturas y una relacin de dureza a

    alcalinidad

    por debajo de uno

    Parcialmente ionizadas (menor capacidad de cambio) No se pueden utilizar a pH bajos

    La resina de acido dbil es regenerada con el cidop de desecho

    de la

    unidad de cido fuerteResinas de Intercambio Inico.

    *(c) RESINA CIDA

    DBILAcido poliacrlico entrecruzado con DVB

  • 5/27/2018 Intercambio ionico

    9/21

    INTERCAMBIO INICO 2013

    8

    RESINAS BSICAS FUERTES:

    Esqueleto slido: Poliestireno entrecruzado con divinilbenceno Grupo funcionales amonio cuaternario constituyen las cargas

    fijas

    positivas

    Resinas equivalentes a NaOH aunque pueden degradarse a

    T>60C,

    particularmente a altos pH

    Los dos principales grupos son Tipo I y Tipo II Las de tipo I tienen 3 grupos metilo

    Las de Tipo II un grupo etanol reemplaza uno de los grupos

    metilo.

    *(b) RESINA BASE FUERTE

    Estructuras de amonio cuaternario

  • 5/27/2018 Intercambio ionico

    10/21

    INTERCAMBIO INICO 2013

    9

    RESINAS BASICAS DBILES:

    Amplia variedad Ej. Estructura polimrica de poliestireno-DVB pero con grupos

    amina

    ternaria

    No se utilizan a alto pH

    Pueden sufrir problemas de oxidacin y ensuciamiento.

    *(d) RESINA BASE DBIL

    Amina ternaria sobre poliestireno

  • 5/27/2018 Intercambio ionico

    11/21

    INTERCAMBIO INICO 2013

    10

    INTERCAMBIO EN LECHO FIJO

    La operacin de intercambio inico se realiza

    habitualmente en semicontinuo, en un lecho fijo de resina a

    travs del cual fluye una disolucin. El rgimen de

    funcionamiento no es estacionario por variar continuamente la

    concentracin de los iones en cada punto del sistema. Las

    instalaciones constan generalmente de dos lechos idnticos, de

    forma que si por uno de ellos circula la disolucin que contiene

    los iones que se desea intercambiar, el otro se est regenerando.

    Al inicio de la operacin de un lecho, la mayor parte de la

    transferencia de materia tiene lugar cerca de la entrada del lecho

    donde el fluido se pone en contacto con intercambiador fresco. A

    medida que transcurre el tiempo, el slido prximo a la entrada

    se encuentra prcticamente saturado y la mayor parte de la

    transferencia de materia tiene lugar lejos de la entrada. Debido a

    la resistencia que opone el sistema a la transferencia de iones

    desde el seno del lquido a los centros de intercambio, se

    establece un gradiente de concentracin en el lecho (Figura 1). La

    regin donde ocurre la mayor parte del cambio de concentracin

    es la llamada zona de transferencia de materia, esta zona separa

    la zona virgen de la resina y la de saturacin y sus lmites

    frecuentemente se toman como c/co = 0,95 a 0,05.