Le resine a scambio ionico sono materiali costituiti da polimeri che si presentano generalmente sotto forma di piccole sfere in grado di scambiare ioni con una soluzione che li attraversa.
Le resine a scambio ionico hanno la proprietà di intrappolare e rilasciare ioni e vengono sfruttate per rimuovere alcuni ioni indesiderati presenti nelle soluzioni.
Sono quindi utilizzate in genere nel trattamento sia per l’addolcimento che per la demineralizzazione delle acque che per il trattamento delle acque reflue.
Composizione
Le resine sono costituite da materiali insolubili come polistirene, polimeri acrilici, copolimeri stirene-divinilbenzene o argille e zeoliti.
Nella resina sono presenti ioni legati in modo permanente alla struttura. Per garantirne l’elettroneutralità, vi sono ioni di segno opposto che possono fuoriuscire dalla resina stessa.
Le resine possono essere di tipo cationico se gli ioni fissati sono anioni come gli anioni solfonato RSO3– a cui sono legati cationi come Na+ che si scambiano liberamente con i cationi presenti nella soluzione da trattare.
Sono di tipo anionico le resine in cui gli ioni fissati sono cationi come cationi di ammonio quaternario R4N+ a cui sono legati anioni come Cl– che si scambiano liberamente con gli anioni presenti nella soluzione.
Usi
Le resine a scambio ionico vengono usate nei trattamenti delle acque industriali e domestiche sia per il loro addolcimento che per eliminare alcuni ioni metallici presenti come rame, cadmio e piombo.
Tra le specie presenti quelli che costituiscono la durezza dell’acqua sono gli ioni calcio e magnesio, carbonati, cloruri, nitrati e solfati. Per riscaldamento questi ioni precipitano formando incrostazioni di calcare che danneggiano tubi e caldaie.
La durezza dell’acqua è quindi abbassata tramite le resine a scambio ionico in cui gli ioni Na+ sono sostituiti dagli ioni Ca2+ e Mg2+.
La reazione di scambio può essere scritta come:
2 R-Na+ + Ca2+ → R2Ca + 2 Na+
Grazie alle differenze di affinità per diversi ioni, è possibile utilizzare resine a scambio ionico per rimuovere selettivamente ioni dall’acqua.
Quando la resina non è più in grado di scambiare ioni quando tutti i siti attivi sono saturi
A seconda del tipo di resina e dell’utilizzo a cui è destinata la rigenerazione della resina può avvenire diversi tipi di sostanze tra cui il cloruro di sodio che dà luogo alla reazione:
R2Ca + 2 NaCl → 2 R-Na+ + CaCl2
che comporta il ripristino dei siti attivi.