Wasseraufbereitung - Praktikum Physikalische Chemie - page 128

Reaktionsgleichung

mR n -A C nB mC • nR m -B C mA nC

. c B /

n

. c A /

m

K AB D (3.29)

.

c B /

n

.

c A /

m

c, c i : Äquivalentkonzentration der Ionen i in der Harzphase bzw. in der Lösung.
Die Gleichgewichtskonstante K AB wird häufig Selektivitätskoeffizient genannt.
Je größer K AB ist, desto selektiver (besser) wirkt der Austauscher bezüglich der
Aufnahme der Ionen B gegenüber den Ionen A.
Üblich ist auch, das Gleichgewicht mit dem Verteilungsverhältnis K d . B /

für die

Ionen B zu beschreiben:

K d . B / D c B = c B : (3.30)

Das Verteilungsverhältnis ist ein stoffspezifischer Wert, der vom Ionenaustauscher-
material, der Temperatur und entsprechend K AB auch von der Art und der Konzen-
tration der Gegenionen A abhängig ist. Je höher beispielsweise die Gegenionenkon-
zentration in der Lösung ist, desto kleiner wird - bei sonst gleichen Bedingungen -
das Verteilungsverhältnis K d . B / sein. Wenn daher Aussagen über die Affinität un-
terschiedlicher Coionen zu einem Austauscher getroffen werden sollen, sollte der
Vergleich nur bei gleicher Gegenionenkonzentration erfolgen.
Die Reversibilität des Ionenaustausches ermöglicht, dass nach einer erfolgten
Beladung, z. B. in die Na C -Form, durch entsprechende Behandlung mit einer H C -
haltigen Lösung der Ausgangszustand wieder erreicht und damit die weitere Auf-
nahme von Ionen realisiert werden kann. Als Regeneriermittel werden starke Säuren
(HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 ) für den Kationenaustauscher und starke Basen (NaOH, KOH)
für den Anionenaustauscher verwendet.
Zur quantitativen Kennzeichnung des Austauschvermögens der IAT-Harze wird
u. a. ihre Kapazität benutzt. Darunter versteht man die Anzahl der austauschbaren
Ionen, die das Harz enthält. Die Kapazität wird auf eine bestimmte Mengeneinheit
des Austauschers bezogen, bevorzugt als Volumenkapazität in mol/l des gequolle-
nen Harzes oder auch als Gewichtskapazität in mol/kg des lufttrockenen Harzes.
Entsprechend der Tatsache, dass es sich beim Ionenaustausch um einen ladungs-
äquivalenten Austausch von Ionen handelt, beziehen sich die Maßeinheiten mol/l
bzw. mol/kg auf die je Mengeneinheit umgesetzten Äquivalente an Ionen .
Da es praktikabler ist, das Volumen des verwendeten Austauschers zu mes-
sen, werden in der Praxis die Volumenkapazitäten bevorzugt. Von diesen sollen als
wesentlichste die maximale und die verfügbare Gesamtvolumenkapazität GVK max
bzw. GVK sowie die nutzbare Volumenkapazität NVK unterschieden werden. Die
Kenntnis dieser Größen ist für die Auslegung von Ionenaustauscheranlagen von
großer Bedeutung.
Die maximale Gesamtvolumenkapazität GVK max gibt die auf die Volumenein-
heit des gequollenen Harzes bezogene Gesamtzahl der austauschbaren Ionen an. Sie
ist eine für das Harzmaterial charakteristische Größe und kann zur Einschätzung des
Aufnahmevermögens des Harzes während des Einsatzes benutzt werden. Zur Er-