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3.6 Ionenaustausch II (Vollentsalzung)
3.6.1 Aufgabenstellung
Das Ziel des Versuches besteht darin, den Ionenaustausch als Wasseraufbereitungs-
verfahren in seinen theoretischen Grundlagen sowie in den Grundprinzipien der
technischen Umsetzung kennenzulernen. Dazu sind Kenngrößen des Ionenaustau-
schermaterials zu bestimmen sowie mittels einer Laborfestbettsäule eine Durch-
bruchskurve für den H
C
/Ca
2
C
-Austausch aufzunehmen. In einem weiteren Teil des
Versuches werden anhand einer kleintechnischen Anlage das Prinzip und die Wir-
kung einer Vollentsalzung untersucht.
3.6.2 Theoretische Grundlagen
Ionenaustauscher sind Substanzen, die in der Lage sind, aus einer Elektrolytlösung
(meist wässrige Lösungen von Salzen, Oxiden, Säuren oder Basen) positiv oder ne-
gativ geladene Ionen aufzunehmen und im Austausch dafür eine äquivalente Menge
anderer Ionen gleichen Ladungsvorzeichens abzugeben. Es gibt natürliche Ionen-
austauscher (z. B. Böden, Hölzer, bestimmte Mineralien) und künstlich hergestell-
te. Für technische Anwendungen, z. B. die Wasseraufbereitung oder -behandlung,
werden meist Kunstharzionenaustauscher verwendet. Sie bestehen aus einem or-
ganischen Grundgerüst (Matrix R), an dem sich austauschaktive Gruppen befin-
den, z. B. SO
3
H- oder COOH-Gruppen im Fall von Kationenaustauschern bzw.
N(CH
3
)
3
OH- oder N(CH
3
)
2
C
2
H
4
OH-Gruppen im Fall von Anionenaustauschern.
Die hohe Polarität der Gruppen bewirkt eine Dissoziation in sogenannte Festionen
und Gegenionen in der Lösung, z. B.:
R-SO
3
H
•
R-SO
3
C
H
C
:
(3.27)
Die Gegenionen können dann gegen Coionen gleicher Ladung ausgetauscht wer-
den, z. B. H
C
-Ionen gegen Na
C
-Ionen im Fall eines Kationenaustauschers. Der
Austauschvorgang ist eine Gleichgewichtsreaktion, die wie folgt formuliert werden
kann:
R-SO
3
H
C
Na
C
•
R-SO
3
Na
C
H
C
bzw. in Kurzschreibweise
R-H
C
Na
C
•
R-Na
C
H
C
:
(3.28)
Das Ionenaustauschgleichgewicht zwischen dem Austauscher und der Lösung kann
mit der entsprechenden Gleichgewichtskonstanten charakterisiert werden. Zum
Beispiel gilt für ein binäres Kationenaustauschsystem R-A/B mit der allgemeinen
