Resinas de intercambio iónico
Con el avance de la ciencia y
de la técnica es cada vez mayor el uso de agua
desprovista de ciertos iones y muchas veces desprovista de todos
los iones.
Una de las técnicas
de eliminación de iones consiste en hacer pasar el agua a
través de resinas de intercambio iónico.
Es frecuente encontrar instalaciones que usan resinas de
intercambio iónico que no producen la calidad del agua
requerida o la cantidad requerida, o ambas cosas a la vez, y esto
puede deberse al desconocimiento de las propiedades de las
resinas de intercambio iónico o a la falta de experiencia
necesaria para manejar los imprevistos que pueden presentarse
durante la operación de intercambiadores de iones. En
muchas ocasiones se descartan prematuramente las resinas de
intercambio iónico, en otras se sigue usando las resinas
que ya cumplieron su vida útil y muchas veces se usan
resinas que no son las adecuadas.
El intercambio iónico no está restringido
al tratamiento de agua, sino que tiene un amplio campo de
aplicación, tal como:
- Recuperación de uranio
- Decoloración y reducción de cenizas en
soluciones
de azúcar - Recuperación y purificación de
estreptomicina. - Remoción del ácido fórmico del
formaldehído - Recuperación de metales de
soluciones - Desalinización de aguas salobres
- Eliminación de acidez de efluentes
minero-metalúrgicos
Por su relevancia en el tratamiento de aguas de los
diversos procesos
industriales, con la información en el presente folleto se
pretende dar una visión general de las resinas de
intercambio iónico, su funcionamiento y contribuir a
mejorar el
conocimiento del personal
operativo a cargo del sistema de
intercambio iónico y de las condiciones de
operación.
La ciencia de
intercambiar un ión por otro, empleando una matriz , es
una metodología antigua. Ya en la Biblia,
Moisés emplea la corteza de un árbol para obtener
agua potable a
partir de agua salobre (Éxodo 15,23-25) y Aristóteles menciona que haciendo pasar
agua de mar a través de un recipiente de cera se obtiene
agua dulce (Meteorología, libro II,
Parte 3).
Las propiedades como intercambiadores iónicos de
algunas arcillas y minerales se
conocen desde el siglo XIX y se atribuye la primera observación del fenómeno a Thompson
y Way, cuyos estudios con distintas muestras de suelos
agrícolas fueron publicados en 1850. En sus experimentos
pasaron una disolución de abono (sulfato o nitrato
amónico) a través de diversas muestras de arcilla
procedente de suelos agrícolas, observando que el filtrado
obtenido contenía iones calcio en lugar de iones
amonio
Way, Químico de la Real Academia de Agricultura de
Inglaterra,
después de un estudio extensivo determinó que la
propiedad de
intercambio se debía a la presencia de pequeñas
cantidades de zeolita en el suelo. Zeolita es
el nombre genérico de un grupo de
silicatos que contienen un óxido alcalino o
alcalino-terreo, alúmina,
sílice y agua, tal como la natrolita, cuya fórmula
es Na2O.Al2O.3SiO2.2H2O.
Esta afinidad de algunos suelos por el ión amonio
frente otros cationes, en este caso el calcio, los hacía
más adecuados para su uso agrícola. La importancia
de estos resultados en cuanto al fenómeno de intercambio
iónico, no fue comprendido en su totalidad hasta que
Henneberg y Stohmann y Eichhorn, demostraron la reversibilidad
del proceso en
1858.
Más adelante, en 1870, los estudios de Lemberg sobre la
capacidad intercambiadora de las zeolitas ampliaron los
conocimientos en estos procesos de intercambio. De hecho, las
zeolitas son un ejemplo clásico de minerales con capacidad
de intercambio,
En 1905 el Químico alemán Gans obtuvo
zeolitas sintéticas, las cuales fueron obtenidas por
reacción de la mezcla de silicato de sodio o aluminato de
sodio, o mezcla de ambas, con sulfato de aluminio.
También se usaron tierras verdes procesadas, a las cuales
se les calificó como zeolitas naturales y fueron las
primeras sustancias empleadas en la eliminación de la
dureza del agua. No obstante estos compuestos tenían en su
contra que mostraban capacidades de intercambio bajas (aunque su
velocidad de
regeneración era rápida) y que por debajo de
pH 7 se
disolvían en agua. Fueron utilizados durante cerca de
catorce años y luego se abandono su uso debido a sus
limitaciones.
Aunque actualmente estas zeolitas tienen un uso limitado
en el tratamiento de agua, el nombre de zeolitas ha persistido y
aún a los intercambiadores iónicos orgánicos
sintéticos con frecuencia se les denomina zeolitas. En
1927 se empleo la
primera columna de zeolita mineral para eliminar iones calcio y
magnesio que interferían en la determinación del
contenido de sulfato en agua
A partir de 1934 se utilizaron materiales
catiónicos producidos por sulfonación de
carbón. Este material presentaba un grupo funcional capaz
de intercambiar cationes de modo reversible y además
operaba en un rango de pH mayor que los silicatos de aluminio, de
1 a 10, por lo que resultaba ser aplicable a un número
mayor de procesos industriales. El inconveniente del
carbón sulfonado era que su capacidad de intercambio era
aun menor que la de los silicatos.
La aportación más importante al desarrollo del
intercambio iónico fue la síntesis
de resinas orgánicas, realizada en 1935 por los
Químicos Basil Adams y Eric Colmes, del Departamento de
Investigación Científica e
Industrial (Reino Unido), quienes desarrollaron polímeros
orgánicos que imitaban a las zeolitas, mediante la
reacción de condensación entre el fenol y el
formaldehído. Sustituyendo el fenol por derivados de
éste, como fenoles polihídricos o por diaminas
aromáticas, se dio paso a las resinas de intercambio
catiónicas o aniónicas. Posteriormente, Holmes
produjo una resina catiónica fuerte a partir del
ácido fenolsulfónico. Las primeras resinas
Amberlita (Rohm and Hass) y Dowex (Dow Chemical Co.) se basaban
en esta reacción química.
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