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description: Water softening unit with valves and hardness controler
| Producer: | WEIL |
| Typ: | Duotrol 1000 |
| Year of manufacture: | ca. 2008 |
| Pieces: | 1 |
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| Tipp Umwelt- und Verfahrenstechnik GmbH - Obere Hilgenstock 34 -34414 Warburg - +49 5641 74470 www.tipp-international.de |
![Ionenaustauscher:
Ionentauscher oder Ionenaustauscher (engl. ion exchanger) sind Geräte, mit denen im Wasser gelöste Ionen gegen andere Ionen ersetzt werden können. Meist handelt es sich dabei um Säulen, die mit einem Ionenaustauschermaterial, dem Ionenaustauscherharz, gefüllt sind, und von der zu behandelnden Lösung durchströmt werden. Die zu ersetzenden Ionen werden am Ionenaustauscher-Material gebunden, das seinerseits dabei Ionen in die Lösung abgibt. Beispielsweise kann ein Natrium-Kalium-Ionenaustauscher Natrium-Ionen gegen Kalium-Ionen ersetzen. Lässt man einen solchen Ionenaustauscher beispielsweise auf eine Lösung des Salzes Natriumchlorid einwirken, so erhält man eine Lösung des Salzes Kaliumchlorid.
Eine natürliche Bedeutung haben Ionenaustauscher vor allem im Boden in Form des Kationen-Austausches. Hiervon abgeleitet werden jedoch auch künstliche Austauscher zur Altlastensanierung verwendet um gezielt bestimmte Ionen aus Gewässern und Böden zu entfernen.
Das Prinzip der Ionentauscher ist allgemein, dass einige Ionen stärker an den Ionenaustauscher gebunden werden als andere. Dabei werden höher geladene Teilchen stärker angezogen. Zum Beispiel wird Na+ im Ionentauscher durch Ca2+ verdrängt, aber auch Ca2+ durch Al3+. Das stärkere Ion vertreibt das schwächere Ion aus dem Ionentauscher. Das unerwünschte Ion, das aus der Lösung entfernt werden soll, wird also immer stärker angezogen als die im ungeladenen Zustand vorhandenen Ionen, die beim Austausch abgegeben werden. Andere Einflussfaktoren sind durch den pH-Wert, die jeweilige Stoffkonzentration und den Ionenradius gegeben.
Ein Ionenaustauscher kann nur so solange funktionieren, wie Ionen vorhanden sind, die verdrängt werden können. Man bezeichnet diesen Austausch auch als das Beladen des Austauschers.
Je nachdem welche Art von Ionen ausgetauscht werden, unterscheidet man Kationenaustauscher und Anionenaustauscher. Im Fall eines Kationenaustauschers ist die aktive Gruppe eine anionische Gruppe, wie beispielsweise Sulfonsäuregruppen, oder Carboxylgruppen mit abdissoziierbarem Kation. Man unterscheidet schwachsaure Kationenaustauscher (Carboxylgruppen) und stark saure mit Sulfonsäuregruppen. Bei den Anionenaustauschern enthalten stark basische Sorten quartäre Ammoniumgruppen als aktive Gruppen, die ihr Gegenion austauschen können. Schwach basische Austauscher haben Aminogruppen, die frei Säuren anlagern können, wobei die Säureanionen reversibel festgehalten werden. Amphotere Austauscher können gleichzeitig Anionen und Kationen austauschen. Kationenaustauscher tauschen gelöst vorliegende Kationen (positiv geladene Ionen) gegen andere Kationen aus, die Bestandteil des Austauschmaterials sind. Kationenaustausch-Materialien sind selbst Salze, wobei die Kationen leicht in Lösung gehen können, also mobil (beweglich) sind. Die polymeren und wasserunlöslichen Anionen des Kationenaustausch-Materials sind stationär, also unbeweglich. Als allgemeine Gleichung für den Prozess des Austausches einwertiger Kationen (Ka+) aus einem gelöst vorliegenden Salz durch den Ionenaustauscher.
Anionenaustauscher tauschen entsprechend Anionen (negativ geladene Ionen) eines gelösten Salzes gegen andere Anionen aus. Hierbei liegen die stationären Kationen des Ionenaustauschers polymer vor, während die Anionen des Anionenaustauschers mobil sind.
Ionentauscher werden sehr oft zur Enthärtung von Wasser verwendet.
* Herstellung von demineralisiertem Wasser: oft auch fälschlicherweise als destilliertes Wasser (Wasser, das durch Destillation gereinigt wurde) bezeichnet. Mit Hilfe von Kationen- und Anionentauschern werden unerwünschte Salze aus dem Wasser entfernt. In der Wissenschaft und Technik bezeichnet man demineralisiertes Wasser daher auch als Deionat oder VE-Wasser (voll entsalzt).
* In Geschirrspülmaschinen: hier werden Ionenaustauscher verwendet, um die Maschine vor Ca2+- und Mg2+-Ionen zu schützen, die zu Kesselstein (umgangssprachlich: Verkalkung) führen können. Diese Ionen werden durch Na+-Ionen ersetzt und nicht, wie bei anderen Austauschern durch saure H+-Ionen, die das Metall der Spülmaschine und Gläser angreifen würden. Da ein eingebauter Ionentauscher nach einiger Zeit mit Ca2+- und Mg2+-Ionen beladen ist und nicht mehr funktionieren würde, muss dieser wieder regeneriert werden. Dazu gibt es spezielles Regeneriersalz, das immer wieder zugegeben werden muss.
* In Wasserfiltern: diese Filter enthalten meist nicht nur einen Ionentauscher um das Wasser zu entkalken und um damit Kalkablagerungen in Wasserkochern zu verhindern, sondern meist auch Aktivkohle-Filter um geruchs- und geschmacksstörende Stoffe zu entfernen.
* In Waschmitteln: auch hier soll der Ionentauscher den Kalziumkarbonatgehalt des Wasser herabsetzten um die Bildung von Kalkseifen zu verhindern. Dadurch wird weniger Waschmittel benötigt. Ein wichtiger Ionentauscher in Waschmitteln ist beispielsweise der Stoff Zeolith A.
* Reinigung von Abwasser: ein Beispiel ist die Reinigung der Abwässer, die beim Galvanisieren zurückbleiben, also bei der Herstellung von Metallüberzügen. Diese Abwässer enthalten giftige Schwermetall-Ionen, die nicht in Kläranlagen abgegeben werden können. Dadurch werden auch die wertvollen Ausgangsstoffe wieder gewonnen.
* In der Medizin: zum Beispiel zur Abgabe von Wirkstoffen, indem im Körper vorhandene Protonen (H+-Ionen) oder Metall-Ionen in den Ionentauscher aufgenommen werden und der im Ionentauscher enthaltene Wirkstoff abgegeben wird. Eine weitere Anwendung ist die Behandlung einer Hyperkaliämie, indem K+-Ionen aus dem Körper entfernt werden und durch Na+-Ionen ersetzt werden. Bei der Therapie der Hypercholesterinämie verwendet man Anionenaustauscher (als so genannte Ionenaustauscherharze), um negativ geladene Gallensäuren im Darm zu binden und im Austausch beispielsweise Citronensäure abzugeben. Dadurch wird der enterohepatische Kreislauf der Gallensäuren gehemmt, die Leber muss vermehrt Gallensäuren aus Cholesterin herstellen und der LDL-Cholesterinspiegel im Blut sinkt um 25-30%. [1] Als positive Nebeneffekte sind ein Anstieg des sich günstig auswirkenden HDL-Cholesterins um 3-8% und die Zunahme der Dichte der LDL-Rezeptoren zu werten, die zu einer vermehrten Extraktion des LDL aus dem Blut führt. Nachteilig können Obstipation (Verstopfung), Übelkeit und eine verminderte Resorption fettlöslicher Vitamine A, D, E, K auftreten.
* Hydrokultur: Das in der Hydrokultur verwendete Granulat versorgt die Pflanzen durch Ionenaustausch mit Mineralien.
Mit großem Erfolg wurde die Ionenaustauschmethode bei der zuvor äußerst umständlichen und schwierigen Trennung der verschiedenen Seltenerdmetalle angewandt. In der Kernforschung erwiesen sich ihre Vorteile beim Abtrennen des Plutoniums vom Uran und dessen Kernspaltprodukten. Durch Ionenaustausch konnte man erstmals das Seltenerdmetall Promethium sowie einige Transurane nachweisen und isolieren.
Ionenaustauschermembran: Ionenaustauschermembran (auch Ionentauschmembran) bezeichnet man dünne Folien (Dicke: 20-100 Mikrometer), die nur von Ionen mit einem bestimmten Ladungsvorzeichen passiert werden können. Anionentauschermembranen sind durchlässig für elektrisch negativ geladene Teilchen (Anionen), während Kationentauschermembranen nur elektrisch positive geladene Teilchen (Kationen) hindurch lassen.
Ionentauschermembranen dienen als ladungsselektive Filter, mit deren Hilfe Kationen oder Anionen gezielt aus Lösungen entfernt werden können. Derartige Membranen werden in der Elektrodialyse zur Anreicherung von Salzlösungen bzw. zum Abtrennen von Salzen verwendet und zur Herstellung von Säuren und Laugen aus Salzlösungen eingesetzt.
Technische Ionentauschermembranen bestehen aus Wasser - gequollenen Polymernetzwerken, an denen über kovalente Bindungen elektrisch geladene chemische Gruppen fixiert sind. Die Gesamtladung der Membran wird durch mobile Gegenionen ausgeglichen, die in der wässrigen Phase gelöst sind. Diese mobilen Gegenionen können durch andere mobile Ionen mit gleichem Ladungsvorzeichen ausgetauscht werden, sobald die Membran in Kontakt mit einer Salzlösung gebracht wird. Folglich können alle Ionen mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die mobilen Gegenionen diese Membran passieren, während entgegengesetzt geladene Ionen - mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die fixierten Ionen des Membrannetzwerkes - abgewiesen werden. Dieser Mechanismus wird als Donnan-Ausschluss (nach Frederick George Donnan) bezeichnet und bewirkt, dass man Ionenaustauschmembranen als ladungsselektive Filter verwenden kann.
Die Selektivität einer Ionenaustauschmembran ist definiert als das Verhältnis der Konzentrationen von Kationen zu Anionen in der Membran. Diese Größe nimmt mit steigender Salzkonzentration ab, d.h. in konzentrierten Salzlösungen werden die Membranen wirkungslos. Die Berechnung der Kationen-/Anionenselektivität ist äußerst schwierig, weil S+/- gleichzeitig von der Ionenaktivität und dem osmotischen Druck innerhalb der Membran abhängt.
Quelle: www.wikipdia.de](../verwaltung/tipp/upload/bilder/big/B28591_64811.jpg "Beschreibung: Doppelenthärtungsanlage bestehend aus zwei Ionentauschersäulen mit gemeinsamen Solebehälter und Steuerung für automatische Regeneration.
Die Anlage war in einer großen Wasseraufbereitungsanlage als Vorbehandlungsstufe von Stadtwasser zur Beschickung einer Umkehrosmoseanlage verbaut. Sie ist mit einem Zentralsteuerventil ausgestattet, welches oben auf der Enthärtung sitzt, die Softrol Steuerung ist im Paket enthalten, aber eine separate Einheit.
Die Anlage ist demontiert und eingelagert in Warburg.; Typ: Duotrol 1000 ; Hersteller: WEIL; Baujahr: ca. 2008; Dokumentation: ; Lagerort: Kalthalle; Status: gebraucht - neuwertig; Sonstiges: SIATA Zentralsteuerventil V 250 A mit Pilotverteiler SIATA AC5 Box-5P/13 ; Sonstiges: Steuermodul; Varitec Softrol ; Volumenstrom: 1,25 m³/h (minimal); Volumenstrom: 10 m³/h (maximal); : (Befüllung je Filter); : 250 l (Harzmenge); : 36 kg (Kiesmasse); : 24 l (Kiesvolumen); : 274 l (Befüllvolumen); : ; : (Durchflussmenge); : ; Spannung: 230 V; Frequenz: 50 Hz; Leistung: 100 W (max Leistung); Druck: 3 / 6 bar (Betriebsdruck min /max); : ; : (Solebehälter); Volumen: 500 l; : 50 kg (Salzbedarf je Regeneration); : 167,4 l (Solevolumen je Regeneration); Höhe: 2000 mm (je Säule mit Steuerventil); Durchmesser: 560 mm (Säule); Höhe: 1130 mm (Solebehälter); Durchmesser: 750 mm; Gewicht: 700 kg (gesamt);")
![Ionenaustauscher:
Ionentauscher oder Ionenaustauscher (engl. ion exchanger) sind Geräte, mit denen im Wasser gelöste Ionen gegen andere Ionen ersetzt werden können. Meist handelt es sich dabei um Säulen, die mit einem Ionenaustauschermaterial, dem Ionenaustauscherharz, gefüllt sind, und von der zu behandelnden Lösung durchströmt werden. Die zu ersetzenden Ionen werden am Ionenaustauscher-Material gebunden, das seinerseits dabei Ionen in die Lösung abgibt. Beispielsweise kann ein Natrium-Kalium-Ionenaustauscher Natrium-Ionen gegen Kalium-Ionen ersetzen. Lässt man einen solchen Ionenaustauscher beispielsweise auf eine Lösung des Salzes Natriumchlorid einwirken, so erhält man eine Lösung des Salzes Kaliumchlorid.
Eine natürliche Bedeutung haben Ionenaustauscher vor allem im Boden in Form des Kationen-Austausches. Hiervon abgeleitet werden jedoch auch künstliche Austauscher zur Altlastensanierung verwendet um gezielt bestimmte Ionen aus Gewässern und Böden zu entfernen.
Das Prinzip der Ionentauscher ist allgemein, dass einige Ionen stärker an den Ionenaustauscher gebunden werden als andere. Dabei werden höher geladene Teilchen stärker angezogen. Zum Beispiel wird Na+ im Ionentauscher durch Ca2+ verdrängt, aber auch Ca2+ durch Al3+. Das stärkere Ion vertreibt das schwächere Ion aus dem Ionentauscher. Das unerwünschte Ion, das aus der Lösung entfernt werden soll, wird also immer stärker angezogen als die im ungeladenen Zustand vorhandenen Ionen, die beim Austausch abgegeben werden. Andere Einflussfaktoren sind durch den pH-Wert, die jeweilige Stoffkonzentration und den Ionenradius gegeben.
Ein Ionenaustauscher kann nur so solange funktionieren, wie Ionen vorhanden sind, die verdrängt werden können. Man bezeichnet diesen Austausch auch als das Beladen des Austauschers.
Je nachdem welche Art von Ionen ausgetauscht werden, unterscheidet man Kationenaustauscher und Anionenaustauscher. Im Fall eines Kationenaustauschers ist die aktive Gruppe eine anionische Gruppe, wie beispielsweise Sulfonsäuregruppen, oder Carboxylgruppen mit abdissoziierbarem Kation. Man unterscheidet schwachsaure Kationenaustauscher (Carboxylgruppen) und stark saure mit Sulfonsäuregruppen. Bei den Anionenaustauschern enthalten stark basische Sorten quartäre Ammoniumgruppen als aktive Gruppen, die ihr Gegenion austauschen können. Schwach basische Austauscher haben Aminogruppen, die frei Säuren anlagern können, wobei die Säureanionen reversibel festgehalten werden. Amphotere Austauscher können gleichzeitig Anionen und Kationen austauschen. Kationenaustauscher tauschen gelöst vorliegende Kationen (positiv geladene Ionen) gegen andere Kationen aus, die Bestandteil des Austauschmaterials sind. Kationenaustausch-Materialien sind selbst Salze, wobei die Kationen leicht in Lösung gehen können, also mobil (beweglich) sind. Die polymeren und wasserunlöslichen Anionen des Kationenaustausch-Materials sind stationär, also unbeweglich. Als allgemeine Gleichung für den Prozess des Austausches einwertiger Kationen (Ka+) aus einem gelöst vorliegenden Salz durch den Ionenaustauscher.
Anionenaustauscher tauschen entsprechend Anionen (negativ geladene Ionen) eines gelösten Salzes gegen andere Anionen aus. Hierbei liegen die stationären Kationen des Ionenaustauschers polymer vor, während die Anionen des Anionenaustauschers mobil sind.
Ionentauscher werden sehr oft zur Enthärtung von Wasser verwendet.
* Herstellung von demineralisiertem Wasser: oft auch fälschlicherweise als destilliertes Wasser (Wasser, das durch Destillation gereinigt wurde) bezeichnet. Mit Hilfe von Kationen- und Anionentauschern werden unerwünschte Salze aus dem Wasser entfernt. In der Wissenschaft und Technik bezeichnet man demineralisiertes Wasser daher auch als Deionat oder VE-Wasser (voll entsalzt).
* In Geschirrspülmaschinen: hier werden Ionenaustauscher verwendet, um die Maschine vor Ca2+- und Mg2+-Ionen zu schützen, die zu Kesselstein (umgangssprachlich: Verkalkung) führen können. Diese Ionen werden durch Na+-Ionen ersetzt und nicht, wie bei anderen Austauschern durch saure H+-Ionen, die das Metall der Spülmaschine und Gläser angreifen würden. Da ein eingebauter Ionentauscher nach einiger Zeit mit Ca2+- und Mg2+-Ionen beladen ist und nicht mehr funktionieren würde, muss dieser wieder regeneriert werden. Dazu gibt es spezielles Regeneriersalz, das immer wieder zugegeben werden muss.
* In Wasserfiltern: diese Filter enthalten meist nicht nur einen Ionentauscher um das Wasser zu entkalken und um damit Kalkablagerungen in Wasserkochern zu verhindern, sondern meist auch Aktivkohle-Filter um geruchs- und geschmacksstörende Stoffe zu entfernen.
* In Waschmitteln: auch hier soll der Ionentauscher den Kalziumkarbonatgehalt des Wasser herabsetzten um die Bildung von Kalkseifen zu verhindern. Dadurch wird weniger Waschmittel benötigt. Ein wichtiger Ionentauscher in Waschmitteln ist beispielsweise der Stoff Zeolith A.
* Reinigung von Abwasser: ein Beispiel ist die Reinigung der Abwässer, die beim Galvanisieren zurückbleiben, also bei der Herstellung von Metallüberzügen. Diese Abwässer enthalten giftige Schwermetall-Ionen, die nicht in Kläranlagen abgegeben werden können. Dadurch werden auch die wertvollen Ausgangsstoffe wieder gewonnen.
* In der Medizin: zum Beispiel zur Abgabe von Wirkstoffen, indem im Körper vorhandene Protonen (H+-Ionen) oder Metall-Ionen in den Ionentauscher aufgenommen werden und der im Ionentauscher enthaltene Wirkstoff abgegeben wird. Eine weitere Anwendung ist die Behandlung einer Hyperkaliämie, indem K+-Ionen aus dem Körper entfernt werden und durch Na+-Ionen ersetzt werden. Bei der Therapie der Hypercholesterinämie verwendet man Anionenaustauscher (als so genannte Ionenaustauscherharze), um negativ geladene Gallensäuren im Darm zu binden und im Austausch beispielsweise Citronensäure abzugeben. Dadurch wird der enterohepatische Kreislauf der Gallensäuren gehemmt, die Leber muss vermehrt Gallensäuren aus Cholesterin herstellen und der LDL-Cholesterinspiegel im Blut sinkt um 25-30%. [1] Als positive Nebeneffekte sind ein Anstieg des sich günstig auswirkenden HDL-Cholesterins um 3-8% und die Zunahme der Dichte der LDL-Rezeptoren zu werten, die zu einer vermehrten Extraktion des LDL aus dem Blut führt. Nachteilig können Obstipation (Verstopfung), Übelkeit und eine verminderte Resorption fettlöslicher Vitamine A, D, E, K auftreten.
* Hydrokultur: Das in der Hydrokultur verwendete Granulat versorgt die Pflanzen durch Ionenaustausch mit Mineralien.
Mit großem Erfolg wurde die Ionenaustauschmethode bei der zuvor äußerst umständlichen und schwierigen Trennung der verschiedenen Seltenerdmetalle angewandt. In der Kernforschung erwiesen sich ihre Vorteile beim Abtrennen des Plutoniums vom Uran und dessen Kernspaltprodukten. Durch Ionenaustausch konnte man erstmals das Seltenerdmetall Promethium sowie einige Transurane nachweisen und isolieren.
Ionenaustauschermembran: Ionenaustauschermembran (auch Ionentauschmembran) bezeichnet man dünne Folien (Dicke: 20-100 Mikrometer), die nur von Ionen mit einem bestimmten Ladungsvorzeichen passiert werden können. Anionentauschermembranen sind durchlässig für elektrisch negativ geladene Teilchen (Anionen), während Kationentauschermembranen nur elektrisch positive geladene Teilchen (Kationen) hindurch lassen.
Ionentauschermembranen dienen als ladungsselektive Filter, mit deren Hilfe Kationen oder Anionen gezielt aus Lösungen entfernt werden können. Derartige Membranen werden in der Elektrodialyse zur Anreicherung von Salzlösungen bzw. zum Abtrennen von Salzen verwendet und zur Herstellung von Säuren und Laugen aus Salzlösungen eingesetzt.
Technische Ionentauschermembranen bestehen aus Wasser - gequollenen Polymernetzwerken, an denen über kovalente Bindungen elektrisch geladene chemische Gruppen fixiert sind. Die Gesamtladung der Membran wird durch mobile Gegenionen ausgeglichen, die in der wässrigen Phase gelöst sind. Diese mobilen Gegenionen können durch andere mobile Ionen mit gleichem Ladungsvorzeichen ausgetauscht werden, sobald die Membran in Kontakt mit einer Salzlösung gebracht wird. Folglich können alle Ionen mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die mobilen Gegenionen diese Membran passieren, während entgegengesetzt geladene Ionen - mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die fixierten Ionen des Membrannetzwerkes - abgewiesen werden. Dieser Mechanismus wird als Donnan-Ausschluss (nach Frederick George Donnan) bezeichnet und bewirkt, dass man Ionenaustauschmembranen als ladungsselektive Filter verwenden kann.
Die Selektivität einer Ionenaustauschmembran ist definiert als das Verhältnis der Konzentrationen von Kationen zu Anionen in der Membran. Diese Größe nimmt mit steigender Salzkonzentration ab, d.h. in konzentrierten Salzlösungen werden die Membranen wirkungslos. Die Berechnung der Kationen-/Anionenselektivität ist äußerst schwierig, weil S+/- gleichzeitig von der Ionenaktivität und dem osmotischen Druck innerhalb der Membran abhängt.
Quelle: www.wikipdia.de](../verwaltung/tipp/upload/bilder/big/B28591_64840.jpg "Beschreibung: Doppelenthärtungsanlage bestehend aus zwei Ionentauschersäulen mit gemeinsamen Solebehälter und Steuerung für automatische Regeneration.
Die Anlage war in einer großen Wasseraufbereitungsanlage als Vorbehandlungsstufe von Stadtwasser zur Beschickung einer Umkehrosmoseanlage verbaut. Sie ist mit einem Zentralsteuerventil ausgestattet, welches oben auf der Enthärtung sitzt, die Softrol Steuerung ist im Paket enthalten, aber eine separate Einheit.
Die Anlage ist demontiert und eingelagert in Warburg.; Typ: Duotrol 1000 ; Hersteller: WEIL; Baujahr: ca. 2008; Dokumentation: ; Lagerort: Kalthalle; Status: gebraucht - neuwertig; Sonstiges: SIATA Zentralsteuerventil V 250 A mit Pilotverteiler SIATA AC5 Box-5P/13 ; Sonstiges: Steuermodul; Varitec Softrol ; Volumenstrom: 1,25 m³/h (minimal); Volumenstrom: 10 m³/h (maximal); : (Befüllung je Filter); : 250 l (Harzmenge); : 36 kg (Kiesmasse); : 24 l (Kiesvolumen); : 274 l (Befüllvolumen); : ; : (Durchflussmenge); : ; Spannung: 230 V; Frequenz: 50 Hz; Leistung: 100 W (max Leistung); Druck: 3 / 6 bar (Betriebsdruck min /max); : ; : (Solebehälter); Volumen: 500 l; : 50 kg (Salzbedarf je Regeneration); : 167,4 l (Solevolumen je Regeneration); Höhe: 2000 mm (je Säule mit Steuerventil); Durchmesser: 560 mm (Säule); Höhe: 1130 mm (Solebehälter); Durchmesser: 750 mm; Gewicht: 700 kg (gesamt);")
![Ionenaustauscher:
Ionentauscher oder Ionenaustauscher (engl. ion exchanger) sind Geräte, mit denen im Wasser gelöste Ionen gegen andere Ionen ersetzt werden können. Meist handelt es sich dabei um Säulen, die mit einem Ionenaustauschermaterial, dem Ionenaustauscherharz, gefüllt sind, und von der zu behandelnden Lösung durchströmt werden. Die zu ersetzenden Ionen werden am Ionenaustauscher-Material gebunden, das seinerseits dabei Ionen in die Lösung abgibt. Beispielsweise kann ein Natrium-Kalium-Ionenaustauscher Natrium-Ionen gegen Kalium-Ionen ersetzen. Lässt man einen solchen Ionenaustauscher beispielsweise auf eine Lösung des Salzes Natriumchlorid einwirken, so erhält man eine Lösung des Salzes Kaliumchlorid.
Eine natürliche Bedeutung haben Ionenaustauscher vor allem im Boden in Form des Kationen-Austausches. Hiervon abgeleitet werden jedoch auch künstliche Austauscher zur Altlastensanierung verwendet um gezielt bestimmte Ionen aus Gewässern und Böden zu entfernen.
Das Prinzip der Ionentauscher ist allgemein, dass einige Ionen stärker an den Ionenaustauscher gebunden werden als andere. Dabei werden höher geladene Teilchen stärker angezogen. Zum Beispiel wird Na+ im Ionentauscher durch Ca2+ verdrängt, aber auch Ca2+ durch Al3+. Das stärkere Ion vertreibt das schwächere Ion aus dem Ionentauscher. Das unerwünschte Ion, das aus der Lösung entfernt werden soll, wird also immer stärker angezogen als die im ungeladenen Zustand vorhandenen Ionen, die beim Austausch abgegeben werden. Andere Einflussfaktoren sind durch den pH-Wert, die jeweilige Stoffkonzentration und den Ionenradius gegeben.
Ein Ionenaustauscher kann nur so solange funktionieren, wie Ionen vorhanden sind, die verdrängt werden können. Man bezeichnet diesen Austausch auch als das Beladen des Austauschers.
Je nachdem welche Art von Ionen ausgetauscht werden, unterscheidet man Kationenaustauscher und Anionenaustauscher. Im Fall eines Kationenaustauschers ist die aktive Gruppe eine anionische Gruppe, wie beispielsweise Sulfonsäuregruppen, oder Carboxylgruppen mit abdissoziierbarem Kation. Man unterscheidet schwachsaure Kationenaustauscher (Carboxylgruppen) und stark saure mit Sulfonsäuregruppen. Bei den Anionenaustauschern enthalten stark basische Sorten quartäre Ammoniumgruppen als aktive Gruppen, die ihr Gegenion austauschen können. Schwach basische Austauscher haben Aminogruppen, die frei Säuren anlagern können, wobei die Säureanionen reversibel festgehalten werden. Amphotere Austauscher können gleichzeitig Anionen und Kationen austauschen. Kationenaustauscher tauschen gelöst vorliegende Kationen (positiv geladene Ionen) gegen andere Kationen aus, die Bestandteil des Austauschmaterials sind. Kationenaustausch-Materialien sind selbst Salze, wobei die Kationen leicht in Lösung gehen können, also mobil (beweglich) sind. Die polymeren und wasserunlöslichen Anionen des Kationenaustausch-Materials sind stationär, also unbeweglich. Als allgemeine Gleichung für den Prozess des Austausches einwertiger Kationen (Ka+) aus einem gelöst vorliegenden Salz durch den Ionenaustauscher.
Anionenaustauscher tauschen entsprechend Anionen (negativ geladene Ionen) eines gelösten Salzes gegen andere Anionen aus. Hierbei liegen die stationären Kationen des Ionenaustauschers polymer vor, während die Anionen des Anionenaustauschers mobil sind.
Ionentauscher werden sehr oft zur Enthärtung von Wasser verwendet.
* Herstellung von demineralisiertem Wasser: oft auch fälschlicherweise als destilliertes Wasser (Wasser, das durch Destillation gereinigt wurde) bezeichnet. Mit Hilfe von Kationen- und Anionentauschern werden unerwünschte Salze aus dem Wasser entfernt. In der Wissenschaft und Technik bezeichnet man demineralisiertes Wasser daher auch als Deionat oder VE-Wasser (voll entsalzt).
* In Geschirrspülmaschinen: hier werden Ionenaustauscher verwendet, um die Maschine vor Ca2+- und Mg2+-Ionen zu schützen, die zu Kesselstein (umgangssprachlich: Verkalkung) führen können. Diese Ionen werden durch Na+-Ionen ersetzt und nicht, wie bei anderen Austauschern durch saure H+-Ionen, die das Metall der Spülmaschine und Gläser angreifen würden. Da ein eingebauter Ionentauscher nach einiger Zeit mit Ca2+- und Mg2+-Ionen beladen ist und nicht mehr funktionieren würde, muss dieser wieder regeneriert werden. Dazu gibt es spezielles Regeneriersalz, das immer wieder zugegeben werden muss.
* In Wasserfiltern: diese Filter enthalten meist nicht nur einen Ionentauscher um das Wasser zu entkalken und um damit Kalkablagerungen in Wasserkochern zu verhindern, sondern meist auch Aktivkohle-Filter um geruchs- und geschmacksstörende Stoffe zu entfernen.
* In Waschmitteln: auch hier soll der Ionentauscher den Kalziumkarbonatgehalt des Wasser herabsetzten um die Bildung von Kalkseifen zu verhindern. Dadurch wird weniger Waschmittel benötigt. Ein wichtiger Ionentauscher in Waschmitteln ist beispielsweise der Stoff Zeolith A.
* Reinigung von Abwasser: ein Beispiel ist die Reinigung der Abwässer, die beim Galvanisieren zurückbleiben, also bei der Herstellung von Metallüberzügen. Diese Abwässer enthalten giftige Schwermetall-Ionen, die nicht in Kläranlagen abgegeben werden können. Dadurch werden auch die wertvollen Ausgangsstoffe wieder gewonnen.
* In der Medizin: zum Beispiel zur Abgabe von Wirkstoffen, indem im Körper vorhandene Protonen (H+-Ionen) oder Metall-Ionen in den Ionentauscher aufgenommen werden und der im Ionentauscher enthaltene Wirkstoff abgegeben wird. Eine weitere Anwendung ist die Behandlung einer Hyperkaliämie, indem K+-Ionen aus dem Körper entfernt werden und durch Na+-Ionen ersetzt werden. Bei der Therapie der Hypercholesterinämie verwendet man Anionenaustauscher (als so genannte Ionenaustauscherharze), um negativ geladene Gallensäuren im Darm zu binden und im Austausch beispielsweise Citronensäure abzugeben. Dadurch wird der enterohepatische Kreislauf der Gallensäuren gehemmt, die Leber muss vermehrt Gallensäuren aus Cholesterin herstellen und der LDL-Cholesterinspiegel im Blut sinkt um 25-30%. [1] Als positive Nebeneffekte sind ein Anstieg des sich günstig auswirkenden HDL-Cholesterins um 3-8% und die Zunahme der Dichte der LDL-Rezeptoren zu werten, die zu einer vermehrten Extraktion des LDL aus dem Blut führt. Nachteilig können Obstipation (Verstopfung), Übelkeit und eine verminderte Resorption fettlöslicher Vitamine A, D, E, K auftreten.
* Hydrokultur: Das in der Hydrokultur verwendete Granulat versorgt die Pflanzen durch Ionenaustausch mit Mineralien.
Mit großem Erfolg wurde die Ionenaustauschmethode bei der zuvor äußerst umständlichen und schwierigen Trennung der verschiedenen Seltenerdmetalle angewandt. In der Kernforschung erwiesen sich ihre Vorteile beim Abtrennen des Plutoniums vom Uran und dessen Kernspaltprodukten. Durch Ionenaustausch konnte man erstmals das Seltenerdmetall Promethium sowie einige Transurane nachweisen und isolieren.
Ionenaustauschermembran: Ionenaustauschermembran (auch Ionentauschmembran) bezeichnet man dünne Folien (Dicke: 20-100 Mikrometer), die nur von Ionen mit einem bestimmten Ladungsvorzeichen passiert werden können. Anionentauschermembranen sind durchlässig für elektrisch negativ geladene Teilchen (Anionen), während Kationentauschermembranen nur elektrisch positive geladene Teilchen (Kationen) hindurch lassen.
Ionentauschermembranen dienen als ladungsselektive Filter, mit deren Hilfe Kationen oder Anionen gezielt aus Lösungen entfernt werden können. Derartige Membranen werden in der Elektrodialyse zur Anreicherung von Salzlösungen bzw. zum Abtrennen von Salzen verwendet und zur Herstellung von Säuren und Laugen aus Salzlösungen eingesetzt.
Technische Ionentauschermembranen bestehen aus Wasser - gequollenen Polymernetzwerken, an denen über kovalente Bindungen elektrisch geladene chemische Gruppen fixiert sind. Die Gesamtladung der Membran wird durch mobile Gegenionen ausgeglichen, die in der wässrigen Phase gelöst sind. Diese mobilen Gegenionen können durch andere mobile Ionen mit gleichem Ladungsvorzeichen ausgetauscht werden, sobald die Membran in Kontakt mit einer Salzlösung gebracht wird. Folglich können alle Ionen mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die mobilen Gegenionen diese Membran passieren, während entgegengesetzt geladene Ionen - mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die fixierten Ionen des Membrannetzwerkes - abgewiesen werden. Dieser Mechanismus wird als Donnan-Ausschluss (nach Frederick George Donnan) bezeichnet und bewirkt, dass man Ionenaustauschmembranen als ladungsselektive Filter verwenden kann.
Die Selektivität einer Ionenaustauschmembran ist definiert als das Verhältnis der Konzentrationen von Kationen zu Anionen in der Membran. Diese Größe nimmt mit steigender Salzkonzentration ab, d.h. in konzentrierten Salzlösungen werden die Membranen wirkungslos. Die Berechnung der Kationen-/Anionenselektivität ist äußerst schwierig, weil S+/- gleichzeitig von der Ionenaktivität und dem osmotischen Druck innerhalb der Membran abhängt.
Quelle: www.wikipdia.de](../verwaltung/tipp/upload/bilder/big/B28591_64839.jpg "Beschreibung: Doppelenthärtungsanlage bestehend aus zwei Ionentauschersäulen mit gemeinsamen Solebehälter und Steuerung für automatische Regeneration.
Die Anlage war in einer großen Wasseraufbereitungsanlage als Vorbehandlungsstufe von Stadtwasser zur Beschickung einer Umkehrosmoseanlage verbaut. Sie ist mit einem Zentralsteuerventil ausgestattet, welches oben auf der Enthärtung sitzt, die Softrol Steuerung ist im Paket enthalten, aber eine separate Einheit.
Die Anlage ist demontiert und eingelagert in Warburg.; Typ: Duotrol 1000 ; Hersteller: WEIL; Baujahr: ca. 2008; Dokumentation: ; Lagerort: Kalthalle; Status: gebraucht - neuwertig; Sonstiges: SIATA Zentralsteuerventil V 250 A mit Pilotverteiler SIATA AC5 Box-5P/13 ; Sonstiges: Steuermodul; Varitec Softrol ; Volumenstrom: 1,25 m³/h (minimal); Volumenstrom: 10 m³/h (maximal); : (Befüllung je Filter); : 250 l (Harzmenge); : 36 kg (Kiesmasse); : 24 l (Kiesvolumen); : 274 l (Befüllvolumen); : ; : (Durchflussmenge); : ; Spannung: 230 V; Frequenz: 50 Hz; Leistung: 100 W (max Leistung); Druck: 3 / 6 bar (Betriebsdruck min /max); : ; : (Solebehälter); Volumen: 500 l; : 50 kg (Salzbedarf je Regeneration); : 167,4 l (Solevolumen je Regeneration); Höhe: 2000 mm (je Säule mit Steuerventil); Durchmesser: 560 mm (Säule); Höhe: 1130 mm (Solebehälter); Durchmesser: 750 mm; Gewicht: 700 kg (gesamt);")
![Ionenaustauscher:
Ionentauscher oder Ionenaustauscher (engl. ion exchanger) sind Geräte, mit denen im Wasser gelöste Ionen gegen andere Ionen ersetzt werden können. Meist handelt es sich dabei um Säulen, die mit einem Ionenaustauschermaterial, dem Ionenaustauscherharz, gefüllt sind, und von der zu behandelnden Lösung durchströmt werden. Die zu ersetzenden Ionen werden am Ionenaustauscher-Material gebunden, das seinerseits dabei Ionen in die Lösung abgibt. Beispielsweise kann ein Natrium-Kalium-Ionenaustauscher Natrium-Ionen gegen Kalium-Ionen ersetzen. Lässt man einen solchen Ionenaustauscher beispielsweise auf eine Lösung des Salzes Natriumchlorid einwirken, so erhält man eine Lösung des Salzes Kaliumchlorid.
Eine natürliche Bedeutung haben Ionenaustauscher vor allem im Boden in Form des Kationen-Austausches. Hiervon abgeleitet werden jedoch auch künstliche Austauscher zur Altlastensanierung verwendet um gezielt bestimmte Ionen aus Gewässern und Böden zu entfernen.
Das Prinzip der Ionentauscher ist allgemein, dass einige Ionen stärker an den Ionenaustauscher gebunden werden als andere. Dabei werden höher geladene Teilchen stärker angezogen. Zum Beispiel wird Na+ im Ionentauscher durch Ca2+ verdrängt, aber auch Ca2+ durch Al3+. Das stärkere Ion vertreibt das schwächere Ion aus dem Ionentauscher. Das unerwünschte Ion, das aus der Lösung entfernt werden soll, wird also immer stärker angezogen als die im ungeladenen Zustand vorhandenen Ionen, die beim Austausch abgegeben werden. Andere Einflussfaktoren sind durch den pH-Wert, die jeweilige Stoffkonzentration und den Ionenradius gegeben.
Ein Ionenaustauscher kann nur so solange funktionieren, wie Ionen vorhanden sind, die verdrängt werden können. Man bezeichnet diesen Austausch auch als das Beladen des Austauschers.
Je nachdem welche Art von Ionen ausgetauscht werden, unterscheidet man Kationenaustauscher und Anionenaustauscher. Im Fall eines Kationenaustauschers ist die aktive Gruppe eine anionische Gruppe, wie beispielsweise Sulfonsäuregruppen, oder Carboxylgruppen mit abdissoziierbarem Kation. Man unterscheidet schwachsaure Kationenaustauscher (Carboxylgruppen) und stark saure mit Sulfonsäuregruppen. Bei den Anionenaustauschern enthalten stark basische Sorten quartäre Ammoniumgruppen als aktive Gruppen, die ihr Gegenion austauschen können. Schwach basische Austauscher haben Aminogruppen, die frei Säuren anlagern können, wobei die Säureanionen reversibel festgehalten werden. Amphotere Austauscher können gleichzeitig Anionen und Kationen austauschen. Kationenaustauscher tauschen gelöst vorliegende Kationen (positiv geladene Ionen) gegen andere Kationen aus, die Bestandteil des Austauschmaterials sind. Kationenaustausch-Materialien sind selbst Salze, wobei die Kationen leicht in Lösung gehen können, also mobil (beweglich) sind. Die polymeren und wasserunlöslichen Anionen des Kationenaustausch-Materials sind stationär, also unbeweglich. Als allgemeine Gleichung für den Prozess des Austausches einwertiger Kationen (Ka+) aus einem gelöst vorliegenden Salz durch den Ionenaustauscher.
Anionenaustauscher tauschen entsprechend Anionen (negativ geladene Ionen) eines gelösten Salzes gegen andere Anionen aus. Hierbei liegen die stationären Kationen des Ionenaustauschers polymer vor, während die Anionen des Anionenaustauschers mobil sind.
Ionentauscher werden sehr oft zur Enthärtung von Wasser verwendet.
* Herstellung von demineralisiertem Wasser: oft auch fälschlicherweise als destilliertes Wasser (Wasser, das durch Destillation gereinigt wurde) bezeichnet. Mit Hilfe von Kationen- und Anionentauschern werden unerwünschte Salze aus dem Wasser entfernt. In der Wissenschaft und Technik bezeichnet man demineralisiertes Wasser daher auch als Deionat oder VE-Wasser (voll entsalzt).
* In Geschirrspülmaschinen: hier werden Ionenaustauscher verwendet, um die Maschine vor Ca2+- und Mg2+-Ionen zu schützen, die zu Kesselstein (umgangssprachlich: Verkalkung) führen können. Diese Ionen werden durch Na+-Ionen ersetzt und nicht, wie bei anderen Austauschern durch saure H+-Ionen, die das Metall der Spülmaschine und Gläser angreifen würden. Da ein eingebauter Ionentauscher nach einiger Zeit mit Ca2+- und Mg2+-Ionen beladen ist und nicht mehr funktionieren würde, muss dieser wieder regeneriert werden. Dazu gibt es spezielles Regeneriersalz, das immer wieder zugegeben werden muss.
* In Wasserfiltern: diese Filter enthalten meist nicht nur einen Ionentauscher um das Wasser zu entkalken und um damit Kalkablagerungen in Wasserkochern zu verhindern, sondern meist auch Aktivkohle-Filter um geruchs- und geschmacksstörende Stoffe zu entfernen.
* In Waschmitteln: auch hier soll der Ionentauscher den Kalziumkarbonatgehalt des Wasser herabsetzten um die Bildung von Kalkseifen zu verhindern. Dadurch wird weniger Waschmittel benötigt. Ein wichtiger Ionentauscher in Waschmitteln ist beispielsweise der Stoff Zeolith A.
* Reinigung von Abwasser: ein Beispiel ist die Reinigung der Abwässer, die beim Galvanisieren zurückbleiben, also bei der Herstellung von Metallüberzügen. Diese Abwässer enthalten giftige Schwermetall-Ionen, die nicht in Kläranlagen abgegeben werden können. Dadurch werden auch die wertvollen Ausgangsstoffe wieder gewonnen.
* In der Medizin: zum Beispiel zur Abgabe von Wirkstoffen, indem im Körper vorhandene Protonen (H+-Ionen) oder Metall-Ionen in den Ionentauscher aufgenommen werden und der im Ionentauscher enthaltene Wirkstoff abgegeben wird. Eine weitere Anwendung ist die Behandlung einer Hyperkaliämie, indem K+-Ionen aus dem Körper entfernt werden und durch Na+-Ionen ersetzt werden. Bei der Therapie der Hypercholesterinämie verwendet man Anionenaustauscher (als so genannte Ionenaustauscherharze), um negativ geladene Gallensäuren im Darm zu binden und im Austausch beispielsweise Citronensäure abzugeben. Dadurch wird der enterohepatische Kreislauf der Gallensäuren gehemmt, die Leber muss vermehrt Gallensäuren aus Cholesterin herstellen und der LDL-Cholesterinspiegel im Blut sinkt um 25-30%. [1] Als positive Nebeneffekte sind ein Anstieg des sich günstig auswirkenden HDL-Cholesterins um 3-8% und die Zunahme der Dichte der LDL-Rezeptoren zu werten, die zu einer vermehrten Extraktion des LDL aus dem Blut führt. Nachteilig können Obstipation (Verstopfung), Übelkeit und eine verminderte Resorption fettlöslicher Vitamine A, D, E, K auftreten.
* Hydrokultur: Das in der Hydrokultur verwendete Granulat versorgt die Pflanzen durch Ionenaustausch mit Mineralien.
Mit großem Erfolg wurde die Ionenaustauschmethode bei der zuvor äußerst umständlichen und schwierigen Trennung der verschiedenen Seltenerdmetalle angewandt. In der Kernforschung erwiesen sich ihre Vorteile beim Abtrennen des Plutoniums vom Uran und dessen Kernspaltprodukten. Durch Ionenaustausch konnte man erstmals das Seltenerdmetall Promethium sowie einige Transurane nachweisen und isolieren.
Ionenaustauschermembran: Ionenaustauschermembran (auch Ionentauschmembran) bezeichnet man dünne Folien (Dicke: 20-100 Mikrometer), die nur von Ionen mit einem bestimmten Ladungsvorzeichen passiert werden können. Anionentauschermembranen sind durchlässig für elektrisch negativ geladene Teilchen (Anionen), während Kationentauschermembranen nur elektrisch positive geladene Teilchen (Kationen) hindurch lassen.
Ionentauschermembranen dienen als ladungsselektive Filter, mit deren Hilfe Kationen oder Anionen gezielt aus Lösungen entfernt werden können. Derartige Membranen werden in der Elektrodialyse zur Anreicherung von Salzlösungen bzw. zum Abtrennen von Salzen verwendet und zur Herstellung von Säuren und Laugen aus Salzlösungen eingesetzt.
Technische Ionentauschermembranen bestehen aus Wasser - gequollenen Polymernetzwerken, an denen über kovalente Bindungen elektrisch geladene chemische Gruppen fixiert sind. Die Gesamtladung der Membran wird durch mobile Gegenionen ausgeglichen, die in der wässrigen Phase gelöst sind. Diese mobilen Gegenionen können durch andere mobile Ionen mit gleichem Ladungsvorzeichen ausgetauscht werden, sobald die Membran in Kontakt mit einer Salzlösung gebracht wird. Folglich können alle Ionen mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die mobilen Gegenionen diese Membran passieren, während entgegengesetzt geladene Ionen - mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die fixierten Ionen des Membrannetzwerkes - abgewiesen werden. Dieser Mechanismus wird als Donnan-Ausschluss (nach Frederick George Donnan) bezeichnet und bewirkt, dass man Ionenaustauschmembranen als ladungsselektive Filter verwenden kann.
Die Selektivität einer Ionenaustauschmembran ist definiert als das Verhältnis der Konzentrationen von Kationen zu Anionen in der Membran. Diese Größe nimmt mit steigender Salzkonzentration ab, d.h. in konzentrierten Salzlösungen werden die Membranen wirkungslos. Die Berechnung der Kationen-/Anionenselektivität ist äußerst schwierig, weil S+/- gleichzeitig von der Ionenaktivität und dem osmotischen Druck innerhalb der Membran abhängt.
Quelle: www.wikipdia.de](../verwaltung/tipp/upload/bilder/big/B28591_64841.jpg "Beschreibung: Doppelenthärtungsanlage bestehend aus zwei Ionentauschersäulen mit gemeinsamen Solebehälter und Steuerung für automatische Regeneration.
Die Anlage war in einer großen Wasseraufbereitungsanlage als Vorbehandlungsstufe von Stadtwasser zur Beschickung einer Umkehrosmoseanlage verbaut. Sie ist mit einem Zentralsteuerventil ausgestattet, welches oben auf der Enthärtung sitzt, die Softrol Steuerung ist im Paket enthalten, aber eine separate Einheit.
Die Anlage ist demontiert und eingelagert in Warburg.; Typ: Duotrol 1000 ; Hersteller: WEIL; Baujahr: ca. 2008; Dokumentation: ; Lagerort: Kalthalle; Status: gebraucht - neuwertig; Sonstiges: SIATA Zentralsteuerventil V 250 A mit Pilotverteiler SIATA AC5 Box-5P/13 ; Sonstiges: Steuermodul; Varitec Softrol ; Volumenstrom: 1,25 m³/h (minimal); Volumenstrom: 10 m³/h (maximal); : (Befüllung je Filter); : 250 l (Harzmenge); : 36 kg (Kiesmasse); : 24 l (Kiesvolumen); : 274 l (Befüllvolumen); : ; : (Durchflussmenge); : ; Spannung: 230 V; Frequenz: 50 Hz; Leistung: 100 W (max Leistung); Druck: 3 / 6 bar (Betriebsdruck min /max); : ; : (Solebehälter); Volumen: 500 l; : 50 kg (Salzbedarf je Regeneration); : 167,4 l (Solevolumen je Regeneration); Höhe: 2000 mm (je Säule mit Steuerventil); Durchmesser: 560 mm (Säule); Höhe: 1130 mm (Solebehälter); Durchmesser: 750 mm; Gewicht: 700 kg (gesamt);")
![Ionenaustauscher:
Ionentauscher oder Ionenaustauscher (engl. ion exchanger) sind Geräte, mit denen im Wasser gelöste Ionen gegen andere Ionen ersetzt werden können. Meist handelt es sich dabei um Säulen, die mit einem Ionenaustauschermaterial, dem Ionenaustauscherharz, gefüllt sind, und von der zu behandelnden Lösung durchströmt werden. Die zu ersetzenden Ionen werden am Ionenaustauscher-Material gebunden, das seinerseits dabei Ionen in die Lösung abgibt. Beispielsweise kann ein Natrium-Kalium-Ionenaustauscher Natrium-Ionen gegen Kalium-Ionen ersetzen. Lässt man einen solchen Ionenaustauscher beispielsweise auf eine Lösung des Salzes Natriumchlorid einwirken, so erhält man eine Lösung des Salzes Kaliumchlorid.
Eine natürliche Bedeutung haben Ionenaustauscher vor allem im Boden in Form des Kationen-Austausches. Hiervon abgeleitet werden jedoch auch künstliche Austauscher zur Altlastensanierung verwendet um gezielt bestimmte Ionen aus Gewässern und Böden zu entfernen.
Das Prinzip der Ionentauscher ist allgemein, dass einige Ionen stärker an den Ionenaustauscher gebunden werden als andere. Dabei werden höher geladene Teilchen stärker angezogen. Zum Beispiel wird Na+ im Ionentauscher durch Ca2+ verdrängt, aber auch Ca2+ durch Al3+. Das stärkere Ion vertreibt das schwächere Ion aus dem Ionentauscher. Das unerwünschte Ion, das aus der Lösung entfernt werden soll, wird also immer stärker angezogen als die im ungeladenen Zustand vorhandenen Ionen, die beim Austausch abgegeben werden. Andere Einflussfaktoren sind durch den pH-Wert, die jeweilige Stoffkonzentration und den Ionenradius gegeben.
Ein Ionenaustauscher kann nur so solange funktionieren, wie Ionen vorhanden sind, die verdrängt werden können. Man bezeichnet diesen Austausch auch als das Beladen des Austauschers.
Je nachdem welche Art von Ionen ausgetauscht werden, unterscheidet man Kationenaustauscher und Anionenaustauscher. Im Fall eines Kationenaustauschers ist die aktive Gruppe eine anionische Gruppe, wie beispielsweise Sulfonsäuregruppen, oder Carboxylgruppen mit abdissoziierbarem Kation. Man unterscheidet schwachsaure Kationenaustauscher (Carboxylgruppen) und stark saure mit Sulfonsäuregruppen. Bei den Anionenaustauschern enthalten stark basische Sorten quartäre Ammoniumgruppen als aktive Gruppen, die ihr Gegenion austauschen können. Schwach basische Austauscher haben Aminogruppen, die frei Säuren anlagern können, wobei die Säureanionen reversibel festgehalten werden. Amphotere Austauscher können gleichzeitig Anionen und Kationen austauschen. Kationenaustauscher tauschen gelöst vorliegende Kationen (positiv geladene Ionen) gegen andere Kationen aus, die Bestandteil des Austauschmaterials sind. Kationenaustausch-Materialien sind selbst Salze, wobei die Kationen leicht in Lösung gehen können, also mobil (beweglich) sind. Die polymeren und wasserunlöslichen Anionen des Kationenaustausch-Materials sind stationär, also unbeweglich. Als allgemeine Gleichung für den Prozess des Austausches einwertiger Kationen (Ka+) aus einem gelöst vorliegenden Salz durch den Ionenaustauscher.
Anionenaustauscher tauschen entsprechend Anionen (negativ geladene Ionen) eines gelösten Salzes gegen andere Anionen aus. Hierbei liegen die stationären Kationen des Ionenaustauschers polymer vor, während die Anionen des Anionenaustauschers mobil sind.
Ionentauscher werden sehr oft zur Enthärtung von Wasser verwendet.
* Herstellung von demineralisiertem Wasser: oft auch fälschlicherweise als destilliertes Wasser (Wasser, das durch Destillation gereinigt wurde) bezeichnet. Mit Hilfe von Kationen- und Anionentauschern werden unerwünschte Salze aus dem Wasser entfernt. In der Wissenschaft und Technik bezeichnet man demineralisiertes Wasser daher auch als Deionat oder VE-Wasser (voll entsalzt).
* In Geschirrspülmaschinen: hier werden Ionenaustauscher verwendet, um die Maschine vor Ca2+- und Mg2+-Ionen zu schützen, die zu Kesselstein (umgangssprachlich: Verkalkung) führen können. Diese Ionen werden durch Na+-Ionen ersetzt und nicht, wie bei anderen Austauschern durch saure H+-Ionen, die das Metall der Spülmaschine und Gläser angreifen würden. Da ein eingebauter Ionentauscher nach einiger Zeit mit Ca2+- und Mg2+-Ionen beladen ist und nicht mehr funktionieren würde, muss dieser wieder regeneriert werden. Dazu gibt es spezielles Regeneriersalz, das immer wieder zugegeben werden muss.
* In Wasserfiltern: diese Filter enthalten meist nicht nur einen Ionentauscher um das Wasser zu entkalken und um damit Kalkablagerungen in Wasserkochern zu verhindern, sondern meist auch Aktivkohle-Filter um geruchs- und geschmacksstörende Stoffe zu entfernen.
* In Waschmitteln: auch hier soll der Ionentauscher den Kalziumkarbonatgehalt des Wasser herabsetzten um die Bildung von Kalkseifen zu verhindern. Dadurch wird weniger Waschmittel benötigt. Ein wichtiger Ionentauscher in Waschmitteln ist beispielsweise der Stoff Zeolith A.
* Reinigung von Abwasser: ein Beispiel ist die Reinigung der Abwässer, die beim Galvanisieren zurückbleiben, also bei der Herstellung von Metallüberzügen. Diese Abwässer enthalten giftige Schwermetall-Ionen, die nicht in Kläranlagen abgegeben werden können. Dadurch werden auch die wertvollen Ausgangsstoffe wieder gewonnen.
* In der Medizin: zum Beispiel zur Abgabe von Wirkstoffen, indem im Körper vorhandene Protonen (H+-Ionen) oder Metall-Ionen in den Ionentauscher aufgenommen werden und der im Ionentauscher enthaltene Wirkstoff abgegeben wird. Eine weitere Anwendung ist die Behandlung einer Hyperkaliämie, indem K+-Ionen aus dem Körper entfernt werden und durch Na+-Ionen ersetzt werden. Bei der Therapie der Hypercholesterinämie verwendet man Anionenaustauscher (als so genannte Ionenaustauscherharze), um negativ geladene Gallensäuren im Darm zu binden und im Austausch beispielsweise Citronensäure abzugeben. Dadurch wird der enterohepatische Kreislauf der Gallensäuren gehemmt, die Leber muss vermehrt Gallensäuren aus Cholesterin herstellen und der LDL-Cholesterinspiegel im Blut sinkt um 25-30%. [1] Als positive Nebeneffekte sind ein Anstieg des sich günstig auswirkenden HDL-Cholesterins um 3-8% und die Zunahme der Dichte der LDL-Rezeptoren zu werten, die zu einer vermehrten Extraktion des LDL aus dem Blut führt. Nachteilig können Obstipation (Verstopfung), Übelkeit und eine verminderte Resorption fettlöslicher Vitamine A, D, E, K auftreten.
* Hydrokultur: Das in der Hydrokultur verwendete Granulat versorgt die Pflanzen durch Ionenaustausch mit Mineralien.
Mit großem Erfolg wurde die Ionenaustauschmethode bei der zuvor äußerst umständlichen und schwierigen Trennung der verschiedenen Seltenerdmetalle angewandt. In der Kernforschung erwiesen sich ihre Vorteile beim Abtrennen des Plutoniums vom Uran und dessen Kernspaltprodukten. Durch Ionenaustausch konnte man erstmals das Seltenerdmetall Promethium sowie einige Transurane nachweisen und isolieren.
Ionenaustauschermembran: Ionenaustauschermembran (auch Ionentauschmembran) bezeichnet man dünne Folien (Dicke: 20-100 Mikrometer), die nur von Ionen mit einem bestimmten Ladungsvorzeichen passiert werden können. Anionentauschermembranen sind durchlässig für elektrisch negativ geladene Teilchen (Anionen), während Kationentauschermembranen nur elektrisch positive geladene Teilchen (Kationen) hindurch lassen.
Ionentauschermembranen dienen als ladungsselektive Filter, mit deren Hilfe Kationen oder Anionen gezielt aus Lösungen entfernt werden können. Derartige Membranen werden in der Elektrodialyse zur Anreicherung von Salzlösungen bzw. zum Abtrennen von Salzen verwendet und zur Herstellung von Säuren und Laugen aus Salzlösungen eingesetzt.
Technische Ionentauschermembranen bestehen aus Wasser - gequollenen Polymernetzwerken, an denen über kovalente Bindungen elektrisch geladene chemische Gruppen fixiert sind. Die Gesamtladung der Membran wird durch mobile Gegenionen ausgeglichen, die in der wässrigen Phase gelöst sind. Diese mobilen Gegenionen können durch andere mobile Ionen mit gleichem Ladungsvorzeichen ausgetauscht werden, sobald die Membran in Kontakt mit einer Salzlösung gebracht wird. Folglich können alle Ionen mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die mobilen Gegenionen diese Membran passieren, während entgegengesetzt geladene Ionen - mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die fixierten Ionen des Membrannetzwerkes - abgewiesen werden. Dieser Mechanismus wird als Donnan-Ausschluss (nach Frederick George Donnan) bezeichnet und bewirkt, dass man Ionenaustauschmembranen als ladungsselektive Filter verwenden kann.
Die Selektivität einer Ionenaustauschmembran ist definiert als das Verhältnis der Konzentrationen von Kationen zu Anionen in der Membran. Diese Größe nimmt mit steigender Salzkonzentration ab, d.h. in konzentrierten Salzlösungen werden die Membranen wirkungslos. Die Berechnung der Kationen-/Anionenselektivität ist äußerst schwierig, weil S+/- gleichzeitig von der Ionenaktivität und dem osmotischen Druck innerhalb der Membran abhängt.
Quelle: www.wikipdia.de](../verwaltung/tipp/upload/bilder/big/B28591_64842.jpg "Beschreibung: Doppelenthärtungsanlage bestehend aus zwei Ionentauschersäulen mit gemeinsamen Solebehälter und Steuerung für automatische Regeneration.
Die Anlage war in einer großen Wasseraufbereitungsanlage als Vorbehandlungsstufe von Stadtwasser zur Beschickung einer Umkehrosmoseanlage verbaut. Sie ist mit einem Zentralsteuerventil ausgestattet, welches oben auf der Enthärtung sitzt, die Softrol Steuerung ist im Paket enthalten, aber eine separate Einheit.
Die Anlage ist demontiert und eingelagert in Warburg.; Typ: Duotrol 1000 ; Hersteller: WEIL; Baujahr: ca. 2008; Dokumentation: ; Lagerort: Kalthalle; Status: gebraucht - neuwertig; Sonstiges: SIATA Zentralsteuerventil V 250 A mit Pilotverteiler SIATA AC5 Box-5P/13 ; Sonstiges: Steuermodul; Varitec Softrol ; Volumenstrom: 1,25 m³/h (minimal); Volumenstrom: 10 m³/h (maximal); : (Befüllung je Filter); : 250 l (Harzmenge); : 36 kg (Kiesmasse); : 24 l (Kiesvolumen); : 274 l (Befüllvolumen); : ; : (Durchflussmenge); : ; Spannung: 230 V; Frequenz: 50 Hz; Leistung: 100 W (max Leistung); Druck: 3 / 6 bar (Betriebsdruck min /max); : ; : (Solebehälter); Volumen: 500 l; : 50 kg (Salzbedarf je Regeneration); : 167,4 l (Solevolumen je Regeneration); Höhe: 2000 mm (je Säule mit Steuerventil); Durchmesser: 560 mm (Säule); Höhe: 1130 mm (Solebehälter); Durchmesser: 750 mm; Gewicht: 700 kg (gesamt);")
![Ionenaustauscher:
Ionentauscher oder Ionenaustauscher (engl. ion exchanger) sind Geräte, mit denen im Wasser gelöste Ionen gegen andere Ionen ersetzt werden können. Meist handelt es sich dabei um Säulen, die mit einem Ionenaustauschermaterial, dem Ionenaustauscherharz, gefüllt sind, und von der zu behandelnden Lösung durchströmt werden. Die zu ersetzenden Ionen werden am Ionenaustauscher-Material gebunden, das seinerseits dabei Ionen in die Lösung abgibt. Beispielsweise kann ein Natrium-Kalium-Ionenaustauscher Natrium-Ionen gegen Kalium-Ionen ersetzen. Lässt man einen solchen Ionenaustauscher beispielsweise auf eine Lösung des Salzes Natriumchlorid einwirken, so erhält man eine Lösung des Salzes Kaliumchlorid.
Eine natürliche Bedeutung haben Ionenaustauscher vor allem im Boden in Form des Kationen-Austausches. Hiervon abgeleitet werden jedoch auch künstliche Austauscher zur Altlastensanierung verwendet um gezielt bestimmte Ionen aus Gewässern und Böden zu entfernen.
Das Prinzip der Ionentauscher ist allgemein, dass einige Ionen stärker an den Ionenaustauscher gebunden werden als andere. Dabei werden höher geladene Teilchen stärker angezogen. Zum Beispiel wird Na+ im Ionentauscher durch Ca2+ verdrängt, aber auch Ca2+ durch Al3+. Das stärkere Ion vertreibt das schwächere Ion aus dem Ionentauscher. Das unerwünschte Ion, das aus der Lösung entfernt werden soll, wird also immer stärker angezogen als die im ungeladenen Zustand vorhandenen Ionen, die beim Austausch abgegeben werden. Andere Einflussfaktoren sind durch den pH-Wert, die jeweilige Stoffkonzentration und den Ionenradius gegeben.
Ein Ionenaustauscher kann nur so solange funktionieren, wie Ionen vorhanden sind, die verdrängt werden können. Man bezeichnet diesen Austausch auch als das Beladen des Austauschers.
Je nachdem welche Art von Ionen ausgetauscht werden, unterscheidet man Kationenaustauscher und Anionenaustauscher. Im Fall eines Kationenaustauschers ist die aktive Gruppe eine anionische Gruppe, wie beispielsweise Sulfonsäuregruppen, oder Carboxylgruppen mit abdissoziierbarem Kation. Man unterscheidet schwachsaure Kationenaustauscher (Carboxylgruppen) und stark saure mit Sulfonsäuregruppen. Bei den Anionenaustauschern enthalten stark basische Sorten quartäre Ammoniumgruppen als aktive Gruppen, die ihr Gegenion austauschen können. Schwach basische Austauscher haben Aminogruppen, die frei Säuren anlagern können, wobei die Säureanionen reversibel festgehalten werden. Amphotere Austauscher können gleichzeitig Anionen und Kationen austauschen. Kationenaustauscher tauschen gelöst vorliegende Kationen (positiv geladene Ionen) gegen andere Kationen aus, die Bestandteil des Austauschmaterials sind. Kationenaustausch-Materialien sind selbst Salze, wobei die Kationen leicht in Lösung gehen können, also mobil (beweglich) sind. Die polymeren und wasserunlöslichen Anionen des Kationenaustausch-Materials sind stationär, also unbeweglich. Als allgemeine Gleichung für den Prozess des Austausches einwertiger Kationen (Ka+) aus einem gelöst vorliegenden Salz durch den Ionenaustauscher.
Anionenaustauscher tauschen entsprechend Anionen (negativ geladene Ionen) eines gelösten Salzes gegen andere Anionen aus. Hierbei liegen die stationären Kationen des Ionenaustauschers polymer vor, während die Anionen des Anionenaustauschers mobil sind.
Ionentauscher werden sehr oft zur Enthärtung von Wasser verwendet.
* Herstellung von demineralisiertem Wasser: oft auch fälschlicherweise als destilliertes Wasser (Wasser, das durch Destillation gereinigt wurde) bezeichnet. Mit Hilfe von Kationen- und Anionentauschern werden unerwünschte Salze aus dem Wasser entfernt. In der Wissenschaft und Technik bezeichnet man demineralisiertes Wasser daher auch als Deionat oder VE-Wasser (voll entsalzt).
* In Geschirrspülmaschinen: hier werden Ionenaustauscher verwendet, um die Maschine vor Ca2+- und Mg2+-Ionen zu schützen, die zu Kesselstein (umgangssprachlich: Verkalkung) führen können. Diese Ionen werden durch Na+-Ionen ersetzt und nicht, wie bei anderen Austauschern durch saure H+-Ionen, die das Metall der Spülmaschine und Gläser angreifen würden. Da ein eingebauter Ionentauscher nach einiger Zeit mit Ca2+- und Mg2+-Ionen beladen ist und nicht mehr funktionieren würde, muss dieser wieder regeneriert werden. Dazu gibt es spezielles Regeneriersalz, das immer wieder zugegeben werden muss.
* In Wasserfiltern: diese Filter enthalten meist nicht nur einen Ionentauscher um das Wasser zu entkalken und um damit Kalkablagerungen in Wasserkochern zu verhindern, sondern meist auch Aktivkohle-Filter um geruchs- und geschmacksstörende Stoffe zu entfernen.
* In Waschmitteln: auch hier soll der Ionentauscher den Kalziumkarbonatgehalt des Wasser herabsetzten um die Bildung von Kalkseifen zu verhindern. Dadurch wird weniger Waschmittel benötigt. Ein wichtiger Ionentauscher in Waschmitteln ist beispielsweise der Stoff Zeolith A.
* Reinigung von Abwasser: ein Beispiel ist die Reinigung der Abwässer, die beim Galvanisieren zurückbleiben, also bei der Herstellung von Metallüberzügen. Diese Abwässer enthalten giftige Schwermetall-Ionen, die nicht in Kläranlagen abgegeben werden können. Dadurch werden auch die wertvollen Ausgangsstoffe wieder gewonnen.
* In der Medizin: zum Beispiel zur Abgabe von Wirkstoffen, indem im Körper vorhandene Protonen (H+-Ionen) oder Metall-Ionen in den Ionentauscher aufgenommen werden und der im Ionentauscher enthaltene Wirkstoff abgegeben wird. Eine weitere Anwendung ist die Behandlung einer Hyperkaliämie, indem K+-Ionen aus dem Körper entfernt werden und durch Na+-Ionen ersetzt werden. Bei der Therapie der Hypercholesterinämie verwendet man Anionenaustauscher (als so genannte Ionenaustauscherharze), um negativ geladene Gallensäuren im Darm zu binden und im Austausch beispielsweise Citronensäure abzugeben. Dadurch wird der enterohepatische Kreislauf der Gallensäuren gehemmt, die Leber muss vermehrt Gallensäuren aus Cholesterin herstellen und der LDL-Cholesterinspiegel im Blut sinkt um 25-30%. [1] Als positive Nebeneffekte sind ein Anstieg des sich günstig auswirkenden HDL-Cholesterins um 3-8% und die Zunahme der Dichte der LDL-Rezeptoren zu werten, die zu einer vermehrten Extraktion des LDL aus dem Blut führt. Nachteilig können Obstipation (Verstopfung), Übelkeit und eine verminderte Resorption fettlöslicher Vitamine A, D, E, K auftreten.
* Hydrokultur: Das in der Hydrokultur verwendete Granulat versorgt die Pflanzen durch Ionenaustausch mit Mineralien.
Mit großem Erfolg wurde die Ionenaustauschmethode bei der zuvor äußerst umständlichen und schwierigen Trennung der verschiedenen Seltenerdmetalle angewandt. In der Kernforschung erwiesen sich ihre Vorteile beim Abtrennen des Plutoniums vom Uran und dessen Kernspaltprodukten. Durch Ionenaustausch konnte man erstmals das Seltenerdmetall Promethium sowie einige Transurane nachweisen und isolieren.
Ionenaustauschermembran: Ionenaustauschermembran (auch Ionentauschmembran) bezeichnet man dünne Folien (Dicke: 20-100 Mikrometer), die nur von Ionen mit einem bestimmten Ladungsvorzeichen passiert werden können. Anionentauschermembranen sind durchlässig für elektrisch negativ geladene Teilchen (Anionen), während Kationentauschermembranen nur elektrisch positive geladene Teilchen (Kationen) hindurch lassen.
Ionentauschermembranen dienen als ladungsselektive Filter, mit deren Hilfe Kationen oder Anionen gezielt aus Lösungen entfernt werden können. Derartige Membranen werden in der Elektrodialyse zur Anreicherung von Salzlösungen bzw. zum Abtrennen von Salzen verwendet und zur Herstellung von Säuren und Laugen aus Salzlösungen eingesetzt.
Technische Ionentauschermembranen bestehen aus Wasser - gequollenen Polymernetzwerken, an denen über kovalente Bindungen elektrisch geladene chemische Gruppen fixiert sind. Die Gesamtladung der Membran wird durch mobile Gegenionen ausgeglichen, die in der wässrigen Phase gelöst sind. Diese mobilen Gegenionen können durch andere mobile Ionen mit gleichem Ladungsvorzeichen ausgetauscht werden, sobald die Membran in Kontakt mit einer Salzlösung gebracht wird. Folglich können alle Ionen mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die mobilen Gegenionen diese Membran passieren, während entgegengesetzt geladene Ionen - mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die fixierten Ionen des Membrannetzwerkes - abgewiesen werden. Dieser Mechanismus wird als Donnan-Ausschluss (nach Frederick George Donnan) bezeichnet und bewirkt, dass man Ionenaustauschmembranen als ladungsselektive Filter verwenden kann.
Die Selektivität einer Ionenaustauschmembran ist definiert als das Verhältnis der Konzentrationen von Kationen zu Anionen in der Membran. Diese Größe nimmt mit steigender Salzkonzentration ab, d.h. in konzentrierten Salzlösungen werden die Membranen wirkungslos. Die Berechnung der Kationen-/Anionenselektivität ist äußerst schwierig, weil S+/- gleichzeitig von der Ionenaktivität und dem osmotischen Druck innerhalb der Membran abhängt.
Quelle: www.wikipdia.de](../verwaltung/tipp/upload/bilder/big/B28591_64843.jpg "Beschreibung: Doppelenthärtungsanlage bestehend aus zwei Ionentauschersäulen mit gemeinsamen Solebehälter und Steuerung für automatische Regeneration.
Die Anlage war in einer großen Wasseraufbereitungsanlage als Vorbehandlungsstufe von Stadtwasser zur Beschickung einer Umkehrosmoseanlage verbaut. Sie ist mit einem Zentralsteuerventil ausgestattet, welches oben auf der Enthärtung sitzt, die Softrol Steuerung ist im Paket enthalten, aber eine separate Einheit.
Die Anlage ist demontiert und eingelagert in Warburg.; Typ: Duotrol 1000 ; Hersteller: WEIL; Baujahr: ca. 2008; Dokumentation: ; Lagerort: Kalthalle; Status: gebraucht - neuwertig; Sonstiges: SIATA Zentralsteuerventil V 250 A mit Pilotverteiler SIATA AC5 Box-5P/13 ; Sonstiges: Steuermodul; Varitec Softrol ; Volumenstrom: 1,25 m³/h (minimal); Volumenstrom: 10 m³/h (maximal); : (Befüllung je Filter); : 250 l (Harzmenge); : 36 kg (Kiesmasse); : 24 l (Kiesvolumen); : 274 l (Befüllvolumen); : ; : (Durchflussmenge); : ; Spannung: 230 V; Frequenz: 50 Hz; Leistung: 100 W (max Leistung); Druck: 3 / 6 bar (Betriebsdruck min /max); : ; : (Solebehälter); Volumen: 500 l; : 50 kg (Salzbedarf je Regeneration); : 167,4 l (Solevolumen je Regeneration); Höhe: 2000 mm (je Säule mit Steuerventil); Durchmesser: 560 mm (Säule); Höhe: 1130 mm (Solebehälter); Durchmesser: 750 mm; Gewicht: 700 kg (gesamt);")
![Ionenaustauscher:
Ionentauscher oder Ionenaustauscher (engl. ion exchanger) sind Geräte, mit denen im Wasser gelöste Ionen gegen andere Ionen ersetzt werden können. Meist handelt es sich dabei um Säulen, die mit einem Ionenaustauschermaterial, dem Ionenaustauscherharz, gefüllt sind, und von der zu behandelnden Lösung durchströmt werden. Die zu ersetzenden Ionen werden am Ionenaustauscher-Material gebunden, das seinerseits dabei Ionen in die Lösung abgibt. Beispielsweise kann ein Natrium-Kalium-Ionenaustauscher Natrium-Ionen gegen Kalium-Ionen ersetzen. Lässt man einen solchen Ionenaustauscher beispielsweise auf eine Lösung des Salzes Natriumchlorid einwirken, so erhält man eine Lösung des Salzes Kaliumchlorid.
Eine natürliche Bedeutung haben Ionenaustauscher vor allem im Boden in Form des Kationen-Austausches. Hiervon abgeleitet werden jedoch auch künstliche Austauscher zur Altlastensanierung verwendet um gezielt bestimmte Ionen aus Gewässern und Böden zu entfernen.
Das Prinzip der Ionentauscher ist allgemein, dass einige Ionen stärker an den Ionenaustauscher gebunden werden als andere. Dabei werden höher geladene Teilchen stärker angezogen. Zum Beispiel wird Na+ im Ionentauscher durch Ca2+ verdrängt, aber auch Ca2+ durch Al3+. Das stärkere Ion vertreibt das schwächere Ion aus dem Ionentauscher. Das unerwünschte Ion, das aus der Lösung entfernt werden soll, wird also immer stärker angezogen als die im ungeladenen Zustand vorhandenen Ionen, die beim Austausch abgegeben werden. Andere Einflussfaktoren sind durch den pH-Wert, die jeweilige Stoffkonzentration und den Ionenradius gegeben.
Ein Ionenaustauscher kann nur so solange funktionieren, wie Ionen vorhanden sind, die verdrängt werden können. Man bezeichnet diesen Austausch auch als das Beladen des Austauschers.
Je nachdem welche Art von Ionen ausgetauscht werden, unterscheidet man Kationenaustauscher und Anionenaustauscher. Im Fall eines Kationenaustauschers ist die aktive Gruppe eine anionische Gruppe, wie beispielsweise Sulfonsäuregruppen, oder Carboxylgruppen mit abdissoziierbarem Kation. Man unterscheidet schwachsaure Kationenaustauscher (Carboxylgruppen) und stark saure mit Sulfonsäuregruppen. Bei den Anionenaustauschern enthalten stark basische Sorten quartäre Ammoniumgruppen als aktive Gruppen, die ihr Gegenion austauschen können. Schwach basische Austauscher haben Aminogruppen, die frei Säuren anlagern können, wobei die Säureanionen reversibel festgehalten werden. Amphotere Austauscher können gleichzeitig Anionen und Kationen austauschen. Kationenaustauscher tauschen gelöst vorliegende Kationen (positiv geladene Ionen) gegen andere Kationen aus, die Bestandteil des Austauschmaterials sind. Kationenaustausch-Materialien sind selbst Salze, wobei die Kationen leicht in Lösung gehen können, also mobil (beweglich) sind. Die polymeren und wasserunlöslichen Anionen des Kationenaustausch-Materials sind stationär, also unbeweglich. Als allgemeine Gleichung für den Prozess des Austausches einwertiger Kationen (Ka+) aus einem gelöst vorliegenden Salz durch den Ionenaustauscher.
Anionenaustauscher tauschen entsprechend Anionen (negativ geladene Ionen) eines gelösten Salzes gegen andere Anionen aus. Hierbei liegen die stationären Kationen des Ionenaustauschers polymer vor, während die Anionen des Anionenaustauschers mobil sind.
Ionentauscher werden sehr oft zur Enthärtung von Wasser verwendet.
* Herstellung von demineralisiertem Wasser: oft auch fälschlicherweise als destilliertes Wasser (Wasser, das durch Destillation gereinigt wurde) bezeichnet. Mit Hilfe von Kationen- und Anionentauschern werden unerwünschte Salze aus dem Wasser entfernt. In der Wissenschaft und Technik bezeichnet man demineralisiertes Wasser daher auch als Deionat oder VE-Wasser (voll entsalzt).
* In Geschirrspülmaschinen: hier werden Ionenaustauscher verwendet, um die Maschine vor Ca2+- und Mg2+-Ionen zu schützen, die zu Kesselstein (umgangssprachlich: Verkalkung) führen können. Diese Ionen werden durch Na+-Ionen ersetzt und nicht, wie bei anderen Austauschern durch saure H+-Ionen, die das Metall der Spülmaschine und Gläser angreifen würden. Da ein eingebauter Ionentauscher nach einiger Zeit mit Ca2+- und Mg2+-Ionen beladen ist und nicht mehr funktionieren würde, muss dieser wieder regeneriert werden. Dazu gibt es spezielles Regeneriersalz, das immer wieder zugegeben werden muss.
* In Wasserfiltern: diese Filter enthalten meist nicht nur einen Ionentauscher um das Wasser zu entkalken und um damit Kalkablagerungen in Wasserkochern zu verhindern, sondern meist auch Aktivkohle-Filter um geruchs- und geschmacksstörende Stoffe zu entfernen.
* In Waschmitteln: auch hier soll der Ionentauscher den Kalziumkarbonatgehalt des Wasser herabsetzten um die Bildung von Kalkseifen zu verhindern. Dadurch wird weniger Waschmittel benötigt. Ein wichtiger Ionentauscher in Waschmitteln ist beispielsweise der Stoff Zeolith A.
* Reinigung von Abwasser: ein Beispiel ist die Reinigung der Abwässer, die beim Galvanisieren zurückbleiben, also bei der Herstellung von Metallüberzügen. Diese Abwässer enthalten giftige Schwermetall-Ionen, die nicht in Kläranlagen abgegeben werden können. Dadurch werden auch die wertvollen Ausgangsstoffe wieder gewonnen.
* In der Medizin: zum Beispiel zur Abgabe von Wirkstoffen, indem im Körper vorhandene Protonen (H+-Ionen) oder Metall-Ionen in den Ionentauscher aufgenommen werden und der im Ionentauscher enthaltene Wirkstoff abgegeben wird. Eine weitere Anwendung ist die Behandlung einer Hyperkaliämie, indem K+-Ionen aus dem Körper entfernt werden und durch Na+-Ionen ersetzt werden. Bei der Therapie der Hypercholesterinämie verwendet man Anionenaustauscher (als so genannte Ionenaustauscherharze), um negativ geladene Gallensäuren im Darm zu binden und im Austausch beispielsweise Citronensäure abzugeben. Dadurch wird der enterohepatische Kreislauf der Gallensäuren gehemmt, die Leber muss vermehrt Gallensäuren aus Cholesterin herstellen und der LDL-Cholesterinspiegel im Blut sinkt um 25-30%. [1] Als positive Nebeneffekte sind ein Anstieg des sich günstig auswirkenden HDL-Cholesterins um 3-8% und die Zunahme der Dichte der LDL-Rezeptoren zu werten, die zu einer vermehrten Extraktion des LDL aus dem Blut führt. Nachteilig können Obstipation (Verstopfung), Übelkeit und eine verminderte Resorption fettlöslicher Vitamine A, D, E, K auftreten.
* Hydrokultur: Das in der Hydrokultur verwendete Granulat versorgt die Pflanzen durch Ionenaustausch mit Mineralien.
Mit großem Erfolg wurde die Ionenaustauschmethode bei der zuvor äußerst umständlichen und schwierigen Trennung der verschiedenen Seltenerdmetalle angewandt. In der Kernforschung erwiesen sich ihre Vorteile beim Abtrennen des Plutoniums vom Uran und dessen Kernspaltprodukten. Durch Ionenaustausch konnte man erstmals das Seltenerdmetall Promethium sowie einige Transurane nachweisen und isolieren.
Ionenaustauschermembran: Ionenaustauschermembran (auch Ionentauschmembran) bezeichnet man dünne Folien (Dicke: 20-100 Mikrometer), die nur von Ionen mit einem bestimmten Ladungsvorzeichen passiert werden können. Anionentauschermembranen sind durchlässig für elektrisch negativ geladene Teilchen (Anionen), während Kationentauschermembranen nur elektrisch positive geladene Teilchen (Kationen) hindurch lassen.
Ionentauschermembranen dienen als ladungsselektive Filter, mit deren Hilfe Kationen oder Anionen gezielt aus Lösungen entfernt werden können. Derartige Membranen werden in der Elektrodialyse zur Anreicherung von Salzlösungen bzw. zum Abtrennen von Salzen verwendet und zur Herstellung von Säuren und Laugen aus Salzlösungen eingesetzt.
Technische Ionentauschermembranen bestehen aus Wasser - gequollenen Polymernetzwerken, an denen über kovalente Bindungen elektrisch geladene chemische Gruppen fixiert sind. Die Gesamtladung der Membran wird durch mobile Gegenionen ausgeglichen, die in der wässrigen Phase gelöst sind. Diese mobilen Gegenionen können durch andere mobile Ionen mit gleichem Ladungsvorzeichen ausgetauscht werden, sobald die Membran in Kontakt mit einer Salzlösung gebracht wird. Folglich können alle Ionen mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die mobilen Gegenionen diese Membran passieren, während entgegengesetzt geladene Ionen - mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die fixierten Ionen des Membrannetzwerkes - abgewiesen werden. Dieser Mechanismus wird als Donnan-Ausschluss (nach Frederick George Donnan) bezeichnet und bewirkt, dass man Ionenaustauschmembranen als ladungsselektive Filter verwenden kann.
Die Selektivität einer Ionenaustauschmembran ist definiert als das Verhältnis der Konzentrationen von Kationen zu Anionen in der Membran. Diese Größe nimmt mit steigender Salzkonzentration ab, d.h. in konzentrierten Salzlösungen werden die Membranen wirkungslos. Die Berechnung der Kationen-/Anionenselektivität ist äußerst schwierig, weil S+/- gleichzeitig von der Ionenaktivität und dem osmotischen Druck innerhalb der Membran abhängt.
Quelle: www.wikipdia.de](../verwaltung/tipp/upload/bilder/big/B28591_64844.jpg "Beschreibung: Doppelenthärtungsanlage bestehend aus zwei Ionentauschersäulen mit gemeinsamen Solebehälter und Steuerung für automatische Regeneration.
Die Anlage war in einer großen Wasseraufbereitungsanlage als Vorbehandlungsstufe von Stadtwasser zur Beschickung einer Umkehrosmoseanlage verbaut. Sie ist mit einem Zentralsteuerventil ausgestattet, welches oben auf der Enthärtung sitzt, die Softrol Steuerung ist im Paket enthalten, aber eine separate Einheit.
Die Anlage ist demontiert und eingelagert in Warburg.; Typ: Duotrol 1000 ; Hersteller: WEIL; Baujahr: ca. 2008; Dokumentation: ; Lagerort: Kalthalle; Status: gebraucht - neuwertig; Sonstiges: SIATA Zentralsteuerventil V 250 A mit Pilotverteiler SIATA AC5 Box-5P/13 ; Sonstiges: Steuermodul; Varitec Softrol ; Volumenstrom: 1,25 m³/h (minimal); Volumenstrom: 10 m³/h (maximal); : (Befüllung je Filter); : 250 l (Harzmenge); : 36 kg (Kiesmasse); : 24 l (Kiesvolumen); : 274 l (Befüllvolumen); : ; : (Durchflussmenge); : ; Spannung: 230 V; Frequenz: 50 Hz; Leistung: 100 W (max Leistung); Druck: 3 / 6 bar (Betriebsdruck min /max); : ; : (Solebehälter); Volumen: 500 l; : 50 kg (Salzbedarf je Regeneration); : 167,4 l (Solevolumen je Regeneration); Höhe: 2000 mm (je Säule mit Steuerventil); Durchmesser: 560 mm (Säule); Höhe: 1130 mm (Solebehälter); Durchmesser: 750 mm; Gewicht: 700 kg (gesamt);")
![Ionenaustauscher:
Ionentauscher oder Ionenaustauscher (engl. ion exchanger) sind Geräte, mit denen im Wasser gelöste Ionen gegen andere Ionen ersetzt werden können. Meist handelt es sich dabei um Säulen, die mit einem Ionenaustauschermaterial, dem Ionenaustauscherharz, gefüllt sind, und von der zu behandelnden Lösung durchströmt werden. Die zu ersetzenden Ionen werden am Ionenaustauscher-Material gebunden, das seinerseits dabei Ionen in die Lösung abgibt. Beispielsweise kann ein Natrium-Kalium-Ionenaustauscher Natrium-Ionen gegen Kalium-Ionen ersetzen. Lässt man einen solchen Ionenaustauscher beispielsweise auf eine Lösung des Salzes Natriumchlorid einwirken, so erhält man eine Lösung des Salzes Kaliumchlorid.
Eine natürliche Bedeutung haben Ionenaustauscher vor allem im Boden in Form des Kationen-Austausches. Hiervon abgeleitet werden jedoch auch künstliche Austauscher zur Altlastensanierung verwendet um gezielt bestimmte Ionen aus Gewässern und Böden zu entfernen.
Das Prinzip der Ionentauscher ist allgemein, dass einige Ionen stärker an den Ionenaustauscher gebunden werden als andere. Dabei werden höher geladene Teilchen stärker angezogen. Zum Beispiel wird Na+ im Ionentauscher durch Ca2+ verdrängt, aber auch Ca2+ durch Al3+. Das stärkere Ion vertreibt das schwächere Ion aus dem Ionentauscher. Das unerwünschte Ion, das aus der Lösung entfernt werden soll, wird also immer stärker angezogen als die im ungeladenen Zustand vorhandenen Ionen, die beim Austausch abgegeben werden. Andere Einflussfaktoren sind durch den pH-Wert, die jeweilige Stoffkonzentration und den Ionenradius gegeben.
Ein Ionenaustauscher kann nur so solange funktionieren, wie Ionen vorhanden sind, die verdrängt werden können. Man bezeichnet diesen Austausch auch als das Beladen des Austauschers.
Je nachdem welche Art von Ionen ausgetauscht werden, unterscheidet man Kationenaustauscher und Anionenaustauscher. Im Fall eines Kationenaustauschers ist die aktive Gruppe eine anionische Gruppe, wie beispielsweise Sulfonsäuregruppen, oder Carboxylgruppen mit abdissoziierbarem Kation. Man unterscheidet schwachsaure Kationenaustauscher (Carboxylgruppen) und stark saure mit Sulfonsäuregruppen. Bei den Anionenaustauschern enthalten stark basische Sorten quartäre Ammoniumgruppen als aktive Gruppen, die ihr Gegenion austauschen können. Schwach basische Austauscher haben Aminogruppen, die frei Säuren anlagern können, wobei die Säureanionen reversibel festgehalten werden. Amphotere Austauscher können gleichzeitig Anionen und Kationen austauschen. Kationenaustauscher tauschen gelöst vorliegende Kationen (positiv geladene Ionen) gegen andere Kationen aus, die Bestandteil des Austauschmaterials sind. Kationenaustausch-Materialien sind selbst Salze, wobei die Kationen leicht in Lösung gehen können, also mobil (beweglich) sind. Die polymeren und wasserunlöslichen Anionen des Kationenaustausch-Materials sind stationär, also unbeweglich. Als allgemeine Gleichung für den Prozess des Austausches einwertiger Kationen (Ka+) aus einem gelöst vorliegenden Salz durch den Ionenaustauscher.
Anionenaustauscher tauschen entsprechend Anionen (negativ geladene Ionen) eines gelösten Salzes gegen andere Anionen aus. Hierbei liegen die stationären Kationen des Ionenaustauschers polymer vor, während die Anionen des Anionenaustauschers mobil sind.
Ionentauscher werden sehr oft zur Enthärtung von Wasser verwendet.
* Herstellung von demineralisiertem Wasser: oft auch fälschlicherweise als destilliertes Wasser (Wasser, das durch Destillation gereinigt wurde) bezeichnet. Mit Hilfe von Kationen- und Anionentauschern werden unerwünschte Salze aus dem Wasser entfernt. In der Wissenschaft und Technik bezeichnet man demineralisiertes Wasser daher auch als Deionat oder VE-Wasser (voll entsalzt).
* In Geschirrspülmaschinen: hier werden Ionenaustauscher verwendet, um die Maschine vor Ca2+- und Mg2+-Ionen zu schützen, die zu Kesselstein (umgangssprachlich: Verkalkung) führen können. Diese Ionen werden durch Na+-Ionen ersetzt und nicht, wie bei anderen Austauschern durch saure H+-Ionen, die das Metall der Spülmaschine und Gläser angreifen würden. Da ein eingebauter Ionentauscher nach einiger Zeit mit Ca2+- und Mg2+-Ionen beladen ist und nicht mehr funktionieren würde, muss dieser wieder regeneriert werden. Dazu gibt es spezielles Regeneriersalz, das immer wieder zugegeben werden muss.
* In Wasserfiltern: diese Filter enthalten meist nicht nur einen Ionentauscher um das Wasser zu entkalken und um damit Kalkablagerungen in Wasserkochern zu verhindern, sondern meist auch Aktivkohle-Filter um geruchs- und geschmacksstörende Stoffe zu entfernen.
* In Waschmitteln: auch hier soll der Ionentauscher den Kalziumkarbonatgehalt des Wasser herabsetzten um die Bildung von Kalkseifen zu verhindern. Dadurch wird weniger Waschmittel benötigt. Ein wichtiger Ionentauscher in Waschmitteln ist beispielsweise der Stoff Zeolith A.
* Reinigung von Abwasser: ein Beispiel ist die Reinigung der Abwässer, die beim Galvanisieren zurückbleiben, also bei der Herstellung von Metallüberzügen. Diese Abwässer enthalten giftige Schwermetall-Ionen, die nicht in Kläranlagen abgegeben werden können. Dadurch werden auch die wertvollen Ausgangsstoffe wieder gewonnen.
* In der Medizin: zum Beispiel zur Abgabe von Wirkstoffen, indem im Körper vorhandene Protonen (H+-Ionen) oder Metall-Ionen in den Ionentauscher aufgenommen werden und der im Ionentauscher enthaltene Wirkstoff abgegeben wird. Eine weitere Anwendung ist die Behandlung einer Hyperkaliämie, indem K+-Ionen aus dem Körper entfernt werden und durch Na+-Ionen ersetzt werden. Bei der Therapie der Hypercholesterinämie verwendet man Anionenaustauscher (als so genannte Ionenaustauscherharze), um negativ geladene Gallensäuren im Darm zu binden und im Austausch beispielsweise Citronensäure abzugeben. Dadurch wird der enterohepatische Kreislauf der Gallensäuren gehemmt, die Leber muss vermehrt Gallensäuren aus Cholesterin herstellen und der LDL-Cholesterinspiegel im Blut sinkt um 25-30%. [1] Als positive Nebeneffekte sind ein Anstieg des sich günstig auswirkenden HDL-Cholesterins um 3-8% und die Zunahme der Dichte der LDL-Rezeptoren zu werten, die zu einer vermehrten Extraktion des LDL aus dem Blut führt. Nachteilig können Obstipation (Verstopfung), Übelkeit und eine verminderte Resorption fettlöslicher Vitamine A, D, E, K auftreten.
* Hydrokultur: Das in der Hydrokultur verwendete Granulat versorgt die Pflanzen durch Ionenaustausch mit Mineralien.
Mit großem Erfolg wurde die Ionenaustauschmethode bei der zuvor äußerst umständlichen und schwierigen Trennung der verschiedenen Seltenerdmetalle angewandt. In der Kernforschung erwiesen sich ihre Vorteile beim Abtrennen des Plutoniums vom Uran und dessen Kernspaltprodukten. Durch Ionenaustausch konnte man erstmals das Seltenerdmetall Promethium sowie einige Transurane nachweisen und isolieren.
Ionenaustauschermembran: Ionenaustauschermembran (auch Ionentauschmembran) bezeichnet man dünne Folien (Dicke: 20-100 Mikrometer), die nur von Ionen mit einem bestimmten Ladungsvorzeichen passiert werden können. Anionentauschermembranen sind durchlässig für elektrisch negativ geladene Teilchen (Anionen), während Kationentauschermembranen nur elektrisch positive geladene Teilchen (Kationen) hindurch lassen.
Ionentauschermembranen dienen als ladungsselektive Filter, mit deren Hilfe Kationen oder Anionen gezielt aus Lösungen entfernt werden können. Derartige Membranen werden in der Elektrodialyse zur Anreicherung von Salzlösungen bzw. zum Abtrennen von Salzen verwendet und zur Herstellung von Säuren und Laugen aus Salzlösungen eingesetzt.
Technische Ionentauschermembranen bestehen aus Wasser - gequollenen Polymernetzwerken, an denen über kovalente Bindungen elektrisch geladene chemische Gruppen fixiert sind. Die Gesamtladung der Membran wird durch mobile Gegenionen ausgeglichen, die in der wässrigen Phase gelöst sind. Diese mobilen Gegenionen können durch andere mobile Ionen mit gleichem Ladungsvorzeichen ausgetauscht werden, sobald die Membran in Kontakt mit einer Salzlösung gebracht wird. Folglich können alle Ionen mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die mobilen Gegenionen diese Membran passieren, während entgegengesetzt geladene Ionen - mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die fixierten Ionen des Membrannetzwerkes - abgewiesen werden. Dieser Mechanismus wird als Donnan-Ausschluss (nach Frederick George Donnan) bezeichnet und bewirkt, dass man Ionenaustauschmembranen als ladungsselektive Filter verwenden kann.
Die Selektivität einer Ionenaustauschmembran ist definiert als das Verhältnis der Konzentrationen von Kationen zu Anionen in der Membran. Diese Größe nimmt mit steigender Salzkonzentration ab, d.h. in konzentrierten Salzlösungen werden die Membranen wirkungslos. Die Berechnung der Kationen-/Anionenselektivität ist äußerst schwierig, weil S+/- gleichzeitig von der Ionenaktivität und dem osmotischen Druck innerhalb der Membran abhängt.
Quelle: www.wikipdia.de](../verwaltung/tipp/upload/bilder/big/B28591_65063.jpg "Beschreibung: Doppelenthärtungsanlage bestehend aus zwei Ionentauschersäulen mit gemeinsamen Solebehälter und Steuerung für automatische Regeneration.
Die Anlage war in einer großen Wasseraufbereitungsanlage als Vorbehandlungsstufe von Stadtwasser zur Beschickung einer Umkehrosmoseanlage verbaut. Sie ist mit einem Zentralsteuerventil ausgestattet, welches oben auf der Enthärtung sitzt, die Softrol Steuerung ist im Paket enthalten, aber eine separate Einheit.
Die Anlage ist demontiert und eingelagert in Warburg.; Typ: Duotrol 1000 ; Hersteller: WEIL; Baujahr: ca. 2008; Dokumentation: ; Lagerort: Kalthalle; Status: gebraucht - neuwertig; Sonstiges: SIATA Zentralsteuerventil V 250 A mit Pilotverteiler SIATA AC5 Box-5P/13 ; Sonstiges: Steuermodul; Varitec Softrol ; Volumenstrom: 1,25 m³/h (minimal); Volumenstrom: 10 m³/h (maximal); : (Befüllung je Filter); : 250 l (Harzmenge); : 36 kg (Kiesmasse); : 24 l (Kiesvolumen); : 274 l (Befüllvolumen); : ; : (Durchflussmenge); : ; Spannung: 230 V; Frequenz: 50 Hz; Leistung: 100 W (max Leistung); Druck: 3 / 6 bar (Betriebsdruck min /max); : ; : (Solebehälter); Volumen: 500 l; : 50 kg (Salzbedarf je Regeneration); : 167,4 l (Solevolumen je Regeneration); Höhe: 2000 mm (je Säule mit Steuerventil); Durchmesser: 560 mm (Säule); Höhe: 1130 mm (Solebehälter); Durchmesser: 750 mm; Gewicht: 700 kg (gesamt);")
![Ionenaustauscher:
Ionentauscher oder Ionenaustauscher (engl. ion exchanger) sind Geräte, mit denen im Wasser gelöste Ionen gegen andere Ionen ersetzt werden können. Meist handelt es sich dabei um Säulen, die mit einem Ionenaustauschermaterial, dem Ionenaustauscherharz, gefüllt sind, und von der zu behandelnden Lösung durchströmt werden. Die zu ersetzenden Ionen werden am Ionenaustauscher-Material gebunden, das seinerseits dabei Ionen in die Lösung abgibt. Beispielsweise kann ein Natrium-Kalium-Ionenaustauscher Natrium-Ionen gegen Kalium-Ionen ersetzen. Lässt man einen solchen Ionenaustauscher beispielsweise auf eine Lösung des Salzes Natriumchlorid einwirken, so erhält man eine Lösung des Salzes Kaliumchlorid.
Eine natürliche Bedeutung haben Ionenaustauscher vor allem im Boden in Form des Kationen-Austausches. Hiervon abgeleitet werden jedoch auch künstliche Austauscher zur Altlastensanierung verwendet um gezielt bestimmte Ionen aus Gewässern und Böden zu entfernen.
Das Prinzip der Ionentauscher ist allgemein, dass einige Ionen stärker an den Ionenaustauscher gebunden werden als andere. Dabei werden höher geladene Teilchen stärker angezogen. Zum Beispiel wird Na+ im Ionentauscher durch Ca2+ verdrängt, aber auch Ca2+ durch Al3+. Das stärkere Ion vertreibt das schwächere Ion aus dem Ionentauscher. Das unerwünschte Ion, das aus der Lösung entfernt werden soll, wird also immer stärker angezogen als die im ungeladenen Zustand vorhandenen Ionen, die beim Austausch abgegeben werden. Andere Einflussfaktoren sind durch den pH-Wert, die jeweilige Stoffkonzentration und den Ionenradius gegeben.
Ein Ionenaustauscher kann nur so solange funktionieren, wie Ionen vorhanden sind, die verdrängt werden können. Man bezeichnet diesen Austausch auch als das Beladen des Austauschers.
Je nachdem welche Art von Ionen ausgetauscht werden, unterscheidet man Kationenaustauscher und Anionenaustauscher. Im Fall eines Kationenaustauschers ist die aktive Gruppe eine anionische Gruppe, wie beispielsweise Sulfonsäuregruppen, oder Carboxylgruppen mit abdissoziierbarem Kation. Man unterscheidet schwachsaure Kationenaustauscher (Carboxylgruppen) und stark saure mit Sulfonsäuregruppen. Bei den Anionenaustauschern enthalten stark basische Sorten quartäre Ammoniumgruppen als aktive Gruppen, die ihr Gegenion austauschen können. Schwach basische Austauscher haben Aminogruppen, die frei Säuren anlagern können, wobei die Säureanionen reversibel festgehalten werden. Amphotere Austauscher können gleichzeitig Anionen und Kationen austauschen. Kationenaustauscher tauschen gelöst vorliegende Kationen (positiv geladene Ionen) gegen andere Kationen aus, die Bestandteil des Austauschmaterials sind. Kationenaustausch-Materialien sind selbst Salze, wobei die Kationen leicht in Lösung gehen können, also mobil (beweglich) sind. Die polymeren und wasserunlöslichen Anionen des Kationenaustausch-Materials sind stationär, also unbeweglich. Als allgemeine Gleichung für den Prozess des Austausches einwertiger Kationen (Ka+) aus einem gelöst vorliegenden Salz durch den Ionenaustauscher.
Anionenaustauscher tauschen entsprechend Anionen (negativ geladene Ionen) eines gelösten Salzes gegen andere Anionen aus. Hierbei liegen die stationären Kationen des Ionenaustauschers polymer vor, während die Anionen des Anionenaustauschers mobil sind.
Ionentauscher werden sehr oft zur Enthärtung von Wasser verwendet.
* Herstellung von demineralisiertem Wasser: oft auch fälschlicherweise als destilliertes Wasser (Wasser, das durch Destillation gereinigt wurde) bezeichnet. Mit Hilfe von Kationen- und Anionentauschern werden unerwünschte Salze aus dem Wasser entfernt. In der Wissenschaft und Technik bezeichnet man demineralisiertes Wasser daher auch als Deionat oder VE-Wasser (voll entsalzt).
* In Geschirrspülmaschinen: hier werden Ionenaustauscher verwendet, um die Maschine vor Ca2+- und Mg2+-Ionen zu schützen, die zu Kesselstein (umgangssprachlich: Verkalkung) führen können. Diese Ionen werden durch Na+-Ionen ersetzt und nicht, wie bei anderen Austauschern durch saure H+-Ionen, die das Metall der Spülmaschine und Gläser angreifen würden. Da ein eingebauter Ionentauscher nach einiger Zeit mit Ca2+- und Mg2+-Ionen beladen ist und nicht mehr funktionieren würde, muss dieser wieder regeneriert werden. Dazu gibt es spezielles Regeneriersalz, das immer wieder zugegeben werden muss.
* In Wasserfiltern: diese Filter enthalten meist nicht nur einen Ionentauscher um das Wasser zu entkalken und um damit Kalkablagerungen in Wasserkochern zu verhindern, sondern meist auch Aktivkohle-Filter um geruchs- und geschmacksstörende Stoffe zu entfernen.
* In Waschmitteln: auch hier soll der Ionentauscher den Kalziumkarbonatgehalt des Wasser herabsetzten um die Bildung von Kalkseifen zu verhindern. Dadurch wird weniger Waschmittel benötigt. Ein wichtiger Ionentauscher in Waschmitteln ist beispielsweise der Stoff Zeolith A.
* Reinigung von Abwasser: ein Beispiel ist die Reinigung der Abwässer, die beim Galvanisieren zurückbleiben, also bei der Herstellung von Metallüberzügen. Diese Abwässer enthalten giftige Schwermetall-Ionen, die nicht in Kläranlagen abgegeben werden können. Dadurch werden auch die wertvollen Ausgangsstoffe wieder gewonnen.
* In der Medizin: zum Beispiel zur Abgabe von Wirkstoffen, indem im Körper vorhandene Protonen (H+-Ionen) oder Metall-Ionen in den Ionentauscher aufgenommen werden und der im Ionentauscher enthaltene Wirkstoff abgegeben wird. Eine weitere Anwendung ist die Behandlung einer Hyperkaliämie, indem K+-Ionen aus dem Körper entfernt werden und durch Na+-Ionen ersetzt werden. Bei der Therapie der Hypercholesterinämie verwendet man Anionenaustauscher (als so genannte Ionenaustauscherharze), um negativ geladene Gallensäuren im Darm zu binden und im Austausch beispielsweise Citronensäure abzugeben. Dadurch wird der enterohepatische Kreislauf der Gallensäuren gehemmt, die Leber muss vermehrt Gallensäuren aus Cholesterin herstellen und der LDL-Cholesterinspiegel im Blut sinkt um 25-30%. [1] Als positive Nebeneffekte sind ein Anstieg des sich günstig auswirkenden HDL-Cholesterins um 3-8% und die Zunahme der Dichte der LDL-Rezeptoren zu werten, die zu einer vermehrten Extraktion des LDL aus dem Blut führt. Nachteilig können Obstipation (Verstopfung), Übelkeit und eine verminderte Resorption fettlöslicher Vitamine A, D, E, K auftreten.
* Hydrokultur: Das in der Hydrokultur verwendete Granulat versorgt die Pflanzen durch Ionenaustausch mit Mineralien.
Mit großem Erfolg wurde die Ionenaustauschmethode bei der zuvor äußerst umständlichen und schwierigen Trennung der verschiedenen Seltenerdmetalle angewandt. In der Kernforschung erwiesen sich ihre Vorteile beim Abtrennen des Plutoniums vom Uran und dessen Kernspaltprodukten. Durch Ionenaustausch konnte man erstmals das Seltenerdmetall Promethium sowie einige Transurane nachweisen und isolieren.
Ionenaustauschermembran: Ionenaustauschermembran (auch Ionentauschmembran) bezeichnet man dünne Folien (Dicke: 20-100 Mikrometer), die nur von Ionen mit einem bestimmten Ladungsvorzeichen passiert werden können. Anionentauschermembranen sind durchlässig für elektrisch negativ geladene Teilchen (Anionen), während Kationentauschermembranen nur elektrisch positive geladene Teilchen (Kationen) hindurch lassen.
Ionentauschermembranen dienen als ladungsselektive Filter, mit deren Hilfe Kationen oder Anionen gezielt aus Lösungen entfernt werden können. Derartige Membranen werden in der Elektrodialyse zur Anreicherung von Salzlösungen bzw. zum Abtrennen von Salzen verwendet und zur Herstellung von Säuren und Laugen aus Salzlösungen eingesetzt.
Technische Ionentauschermembranen bestehen aus Wasser - gequollenen Polymernetzwerken, an denen über kovalente Bindungen elektrisch geladene chemische Gruppen fixiert sind. Die Gesamtladung der Membran wird durch mobile Gegenionen ausgeglichen, die in der wässrigen Phase gelöst sind. Diese mobilen Gegenionen können durch andere mobile Ionen mit gleichem Ladungsvorzeichen ausgetauscht werden, sobald die Membran in Kontakt mit einer Salzlösung gebracht wird. Folglich können alle Ionen mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die mobilen Gegenionen diese Membran passieren, während entgegengesetzt geladene Ionen - mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die fixierten Ionen des Membrannetzwerkes - abgewiesen werden. Dieser Mechanismus wird als Donnan-Ausschluss (nach Frederick George Donnan) bezeichnet und bewirkt, dass man Ionenaustauschmembranen als ladungsselektive Filter verwenden kann.
Die Selektivität einer Ionenaustauschmembran ist definiert als das Verhältnis der Konzentrationen von Kationen zu Anionen in der Membran. Diese Größe nimmt mit steigender Salzkonzentration ab, d.h. in konzentrierten Salzlösungen werden die Membranen wirkungslos. Die Berechnung der Kationen-/Anionenselektivität ist äußerst schwierig, weil S+/- gleichzeitig von der Ionenaktivität und dem osmotischen Druck innerhalb der Membran abhängt.
Quelle: www.wikipdia.de](../verwaltung/tipp/upload/bilder/big/B28591_65064.jpg "Beschreibung: Doppelenthärtungsanlage bestehend aus zwei Ionentauschersäulen mit gemeinsamen Solebehälter und Steuerung für automatische Regeneration.
Die Anlage war in einer großen Wasseraufbereitungsanlage als Vorbehandlungsstufe von Stadtwasser zur Beschickung einer Umkehrosmoseanlage verbaut. Sie ist mit einem Zentralsteuerventil ausgestattet, welches oben auf der Enthärtung sitzt, die Softrol Steuerung ist im Paket enthalten, aber eine separate Einheit.
Die Anlage ist demontiert und eingelagert in Warburg.; Typ: Duotrol 1000 ; Hersteller: WEIL; Baujahr: ca. 2008; Dokumentation: ; Lagerort: Kalthalle; Status: gebraucht - neuwertig; Sonstiges: SIATA Zentralsteuerventil V 250 A mit Pilotverteiler SIATA AC5 Box-5P/13 ; Sonstiges: Steuermodul; Varitec Softrol ; Volumenstrom: 1,25 m³/h (minimal); Volumenstrom: 10 m³/h (maximal); : (Befüllung je Filter); : 250 l (Harzmenge); : 36 kg (Kiesmasse); : 24 l (Kiesvolumen); : 274 l (Befüllvolumen); : ; : (Durchflussmenge); : ; Spannung: 230 V; Frequenz: 50 Hz; Leistung: 100 W (max Leistung); Druck: 3 / 6 bar (Betriebsdruck min /max); : ; : (Solebehälter); Volumen: 500 l; : 50 kg (Salzbedarf je Regeneration); : 167,4 l (Solevolumen je Regeneration); Höhe: 2000 mm (je Säule mit Steuerventil); Durchmesser: 560 mm (Säule); Höhe: 1130 mm (Solebehälter); Durchmesser: 750 mm; Gewicht: 700 kg (gesamt);")
![Ionenaustauscher:
Ionentauscher oder Ionenaustauscher (engl. ion exchanger) sind Geräte, mit denen im Wasser gelöste Ionen gegen andere Ionen ersetzt werden können. Meist handelt es sich dabei um Säulen, die mit einem Ionenaustauschermaterial, dem Ionenaustauscherharz, gefüllt sind, und von der zu behandelnden Lösung durchströmt werden. Die zu ersetzenden Ionen werden am Ionenaustauscher-Material gebunden, das seinerseits dabei Ionen in die Lösung abgibt. Beispielsweise kann ein Natrium-Kalium-Ionenaustauscher Natrium-Ionen gegen Kalium-Ionen ersetzen. Lässt man einen solchen Ionenaustauscher beispielsweise auf eine Lösung des Salzes Natriumchlorid einwirken, so erhält man eine Lösung des Salzes Kaliumchlorid.
Eine natürliche Bedeutung haben Ionenaustauscher vor allem im Boden in Form des Kationen-Austausches. Hiervon abgeleitet werden jedoch auch künstliche Austauscher zur Altlastensanierung verwendet um gezielt bestimmte Ionen aus Gewässern und Böden zu entfernen.
Das Prinzip der Ionentauscher ist allgemein, dass einige Ionen stärker an den Ionenaustauscher gebunden werden als andere. Dabei werden höher geladene Teilchen stärker angezogen. Zum Beispiel wird Na+ im Ionentauscher durch Ca2+ verdrängt, aber auch Ca2+ durch Al3+. Das stärkere Ion vertreibt das schwächere Ion aus dem Ionentauscher. Das unerwünschte Ion, das aus der Lösung entfernt werden soll, wird also immer stärker angezogen als die im ungeladenen Zustand vorhandenen Ionen, die beim Austausch abgegeben werden. Andere Einflussfaktoren sind durch den pH-Wert, die jeweilige Stoffkonzentration und den Ionenradius gegeben.
Ein Ionenaustauscher kann nur so solange funktionieren, wie Ionen vorhanden sind, die verdrängt werden können. Man bezeichnet diesen Austausch auch als das Beladen des Austauschers.
Je nachdem welche Art von Ionen ausgetauscht werden, unterscheidet man Kationenaustauscher und Anionenaustauscher. Im Fall eines Kationenaustauschers ist die aktive Gruppe eine anionische Gruppe, wie beispielsweise Sulfonsäuregruppen, oder Carboxylgruppen mit abdissoziierbarem Kation. Man unterscheidet schwachsaure Kationenaustauscher (Carboxylgruppen) und stark saure mit Sulfonsäuregruppen. Bei den Anionenaustauschern enthalten stark basische Sorten quartäre Ammoniumgruppen als aktive Gruppen, die ihr Gegenion austauschen können. Schwach basische Austauscher haben Aminogruppen, die frei Säuren anlagern können, wobei die Säureanionen reversibel festgehalten werden. Amphotere Austauscher können gleichzeitig Anionen und Kationen austauschen. Kationenaustauscher tauschen gelöst vorliegende Kationen (positiv geladene Ionen) gegen andere Kationen aus, die Bestandteil des Austauschmaterials sind. Kationenaustausch-Materialien sind selbst Salze, wobei die Kationen leicht in Lösung gehen können, also mobil (beweglich) sind. Die polymeren und wasserunlöslichen Anionen des Kationenaustausch-Materials sind stationär, also unbeweglich. Als allgemeine Gleichung für den Prozess des Austausches einwertiger Kationen (Ka+) aus einem gelöst vorliegenden Salz durch den Ionenaustauscher.
Anionenaustauscher tauschen entsprechend Anionen (negativ geladene Ionen) eines gelösten Salzes gegen andere Anionen aus. Hierbei liegen die stationären Kationen des Ionenaustauschers polymer vor, während die Anionen des Anionenaustauschers mobil sind.
Ionentauscher werden sehr oft zur Enthärtung von Wasser verwendet.
* Herstellung von demineralisiertem Wasser: oft auch fälschlicherweise als destilliertes Wasser (Wasser, das durch Destillation gereinigt wurde) bezeichnet. Mit Hilfe von Kationen- und Anionentauschern werden unerwünschte Salze aus dem Wasser entfernt. In der Wissenschaft und Technik bezeichnet man demineralisiertes Wasser daher auch als Deionat oder VE-Wasser (voll entsalzt).
* In Geschirrspülmaschinen: hier werden Ionenaustauscher verwendet, um die Maschine vor Ca2+- und Mg2+-Ionen zu schützen, die zu Kesselstein (umgangssprachlich: Verkalkung) führen können. Diese Ionen werden durch Na+-Ionen ersetzt und nicht, wie bei anderen Austauschern durch saure H+-Ionen, die das Metall der Spülmaschine und Gläser angreifen würden. Da ein eingebauter Ionentauscher nach einiger Zeit mit Ca2+- und Mg2+-Ionen beladen ist und nicht mehr funktionieren würde, muss dieser wieder regeneriert werden. Dazu gibt es spezielles Regeneriersalz, das immer wieder zugegeben werden muss.
* In Wasserfiltern: diese Filter enthalten meist nicht nur einen Ionentauscher um das Wasser zu entkalken und um damit Kalkablagerungen in Wasserkochern zu verhindern, sondern meist auch Aktivkohle-Filter um geruchs- und geschmacksstörende Stoffe zu entfernen.
* In Waschmitteln: auch hier soll der Ionentauscher den Kalziumkarbonatgehalt des Wasser herabsetzten um die Bildung von Kalkseifen zu verhindern. Dadurch wird weniger Waschmittel benötigt. Ein wichtiger Ionentauscher in Waschmitteln ist beispielsweise der Stoff Zeolith A.
* Reinigung von Abwasser: ein Beispiel ist die Reinigung der Abwässer, die beim Galvanisieren zurückbleiben, also bei der Herstellung von Metallüberzügen. Diese Abwässer enthalten giftige Schwermetall-Ionen, die nicht in Kläranlagen abgegeben werden können. Dadurch werden auch die wertvollen Ausgangsstoffe wieder gewonnen.
* In der Medizin: zum Beispiel zur Abgabe von Wirkstoffen, indem im Körper vorhandene Protonen (H+-Ionen) oder Metall-Ionen in den Ionentauscher aufgenommen werden und der im Ionentauscher enthaltene Wirkstoff abgegeben wird. Eine weitere Anwendung ist die Behandlung einer Hyperkaliämie, indem K+-Ionen aus dem Körper entfernt werden und durch Na+-Ionen ersetzt werden. Bei der Therapie der Hypercholesterinämie verwendet man Anionenaustauscher (als so genannte Ionenaustauscherharze), um negativ geladene Gallensäuren im Darm zu binden und im Austausch beispielsweise Citronensäure abzugeben. Dadurch wird der enterohepatische Kreislauf der Gallensäuren gehemmt, die Leber muss vermehrt Gallensäuren aus Cholesterin herstellen und der LDL-Cholesterinspiegel im Blut sinkt um 25-30%. [1] Als positive Nebeneffekte sind ein Anstieg des sich günstig auswirkenden HDL-Cholesterins um 3-8% und die Zunahme der Dichte der LDL-Rezeptoren zu werten, die zu einer vermehrten Extraktion des LDL aus dem Blut führt. Nachteilig können Obstipation (Verstopfung), Übelkeit und eine verminderte Resorption fettlöslicher Vitamine A, D, E, K auftreten.
* Hydrokultur: Das in der Hydrokultur verwendete Granulat versorgt die Pflanzen durch Ionenaustausch mit Mineralien.
Mit großem Erfolg wurde die Ionenaustauschmethode bei der zuvor äußerst umständlichen und schwierigen Trennung der verschiedenen Seltenerdmetalle angewandt. In der Kernforschung erwiesen sich ihre Vorteile beim Abtrennen des Plutoniums vom Uran und dessen Kernspaltprodukten. Durch Ionenaustausch konnte man erstmals das Seltenerdmetall Promethium sowie einige Transurane nachweisen und isolieren.
Ionenaustauschermembran: Ionenaustauschermembran (auch Ionentauschmembran) bezeichnet man dünne Folien (Dicke: 20-100 Mikrometer), die nur von Ionen mit einem bestimmten Ladungsvorzeichen passiert werden können. Anionentauschermembranen sind durchlässig für elektrisch negativ geladene Teilchen (Anionen), während Kationentauschermembranen nur elektrisch positive geladene Teilchen (Kationen) hindurch lassen.
Ionentauschermembranen dienen als ladungsselektive Filter, mit deren Hilfe Kationen oder Anionen gezielt aus Lösungen entfernt werden können. Derartige Membranen werden in der Elektrodialyse zur Anreicherung von Salzlösungen bzw. zum Abtrennen von Salzen verwendet und zur Herstellung von Säuren und Laugen aus Salzlösungen eingesetzt.
Technische Ionentauschermembranen bestehen aus Wasser - gequollenen Polymernetzwerken, an denen über kovalente Bindungen elektrisch geladene chemische Gruppen fixiert sind. Die Gesamtladung der Membran wird durch mobile Gegenionen ausgeglichen, die in der wässrigen Phase gelöst sind. Diese mobilen Gegenionen können durch andere mobile Ionen mit gleichem Ladungsvorzeichen ausgetauscht werden, sobald die Membran in Kontakt mit einer Salzlösung gebracht wird. Folglich können alle Ionen mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die mobilen Gegenionen diese Membran passieren, während entgegengesetzt geladene Ionen - mit dem gleichen Ladungsvorzeichen wie die fixierten Ionen des Membrannetzwerkes - abgewiesen werden. Dieser Mechanismus wird als Donnan-Ausschluss (nach Frederick George Donnan) bezeichnet und bewirkt, dass man Ionenaustauschmembranen als ladungsselektive Filter verwenden kann.
Die Selektivität einer Ionenaustauschmembran ist definiert als das Verhältnis der Konzentrationen von Kationen zu Anionen in der Membran. Diese Größe nimmt mit steigender Salzkonzentration ab, d.h. in konzentrierten Salzlösungen werden die Membranen wirkungslos. Die Berechnung der Kationen-/Anionenselektivität ist äußerst schwierig, weil S+/- gleichzeitig von der Ionenaktivität und dem osmotischen Druck innerhalb der Membran abhängt.
Quelle: www.wikipdia.de](../verwaltung/tipp/upload/bilder/big/B28591_65065.jpg "Beschreibung: Doppelenthärtungsanlage bestehend aus zwei Ionentauschersäulen mit gemeinsamen Solebehälter und Steuerung für automatische Regeneration.
Die Anlage war in einer großen Wasseraufbereitungsanlage als Vorbehandlungsstufe von Stadtwasser zur Beschickung einer Umkehrosmoseanlage verbaut. Sie ist mit einem Zentralsteuerventil ausgestattet, welches oben auf der Enthärtung sitzt, die Softrol Steuerung ist im Paket enthalten, aber eine separate Einheit.
Die Anlage ist demontiert und eingelagert in Warburg.; Typ: Duotrol 1000 ; Hersteller: WEIL; Baujahr: ca. 2008; Dokumentation: ; Lagerort: Kalthalle; Status: gebraucht - neuwertig; Sonstiges: SIATA Zentralsteuerventil V 250 A mit Pilotverteiler SIATA AC5 Box-5P/13 ; Sonstiges: Steuermodul; Varitec Softrol ; Volumenstrom: 1,25 m³/h (minimal); Volumenstrom: 10 m³/h (maximal); : (Befüllung je Filter); : 250 l (Harzmenge); : 36 kg (Kiesmasse); : 24 l (Kiesvolumen); : 274 l (Befüllvolumen); : ; : (Durchflussmenge); : ; Spannung: 230 V; Frequenz: 50 Hz; Leistung: 100 W (max Leistung); Druck: 3 / 6 bar (Betriebsdruck min /max); : ; : (Solebehälter); Volumen: 500 l; : 50 kg (Salzbedarf je Regeneration); : 167,4 l (Solevolumen je Regeneration); Höhe: 2000 mm (je Säule mit Steuerventil); Durchmesser: 560 mm (Säule); Höhe: 1130 mm (Solebehälter); Durchmesser: 750 mm; Gewicht: 700 kg (gesamt);")