Du lernst für: Studiengang Technischer Umweltschutz: Wasserreinhaltung II

Angezeigte Ebenen:

Thema: Wasserreinhaltung →Vorlesung Wasserreinhaltung II →Ionenaustausch (Kap. 12)

? Wie bezeichnet man die an das Trägermaterial von Ionenaustauschern fest gebundenen Ionen?
Man bezeichnet sie als Festionen oder Ankergruppen.

? Was versteht man unter Gegenionen, was unter Coionen?
Unter Gegenionen versteht man die gegensinnig zu den Festionen geladenen beweglichen Ionen, die in der Porenflüssigkeit vorliegen und die Ladung der Festionen kompensieren. Mit Coionen bezeichnet man Ionen, die das gleiche Ladungsvorzeichen wie die Festionen haben, von diesen abgestoßen werden und nicht in die Porenstruktur eindringen.

? Nach welchen zwei Kriterien werden Ionentauscher grundsätzlich unterschieden?
1. Nach der Art der austauschbaren Ionen (Gegenionen) in Kationen- und Anionenaustauscher
2. Nach der Säure-/Basenstärke der Festionen in schwach/stark saure/basische Austauscher.

? Wie wird das feste Trägermaterial von Ionenaustauschern, das aus vernetzten Polymeren besteht, bezeichnet?
Als Matrix.

? Welches Material wird heutzutage in der Wasseraufbereitung für die Matrix von Ionenaustauschern verwendet?
Für die Matrix von Ionenaustauschern werden fast ausschließlich Kunstharze (z.B. auf Polystyrol-Basis) verwendet.

? Welche Chemikalie wird für die Vernetzung der Polymerketten bei der Herstellung von Austauscherharzen eingesetzt?
Divinylbenzol (DVB) [Skript, S. 130]

? Was dient in modernen Waschmitteln der Bindung der Erdalkalien, also der Wasserenthärtung?
Künstliche Zeolithe (Aluminium-Silikate).

? Ordne die Eigenschaft sauer oder basisch den Austauscherarten Kationenaustauscher und Anionenaustauscher zu!
Kationenaustauscher tauschen Kationen, also positive Teilchen aus. Bei den ausgetauschten Teilchen kann es sich um Protonen (H⁺) handeln, die von Säuren, deren Säurereste am Harz fixiert sind, abgegeben werden. Je nach Säurestärke sind Kationentauscher stark oder schwach sauer.
Anionenaustauscher tauschen Anionen, also negativ geladene Teilchen aus. Sie sind je nach Basenstärke der Ankergruppe schwach oder stark basisch.

? Welche vier Grundklassen von Ionenaustauschern unterscheidet man?
Man unterscheidet schwach oder stark saure Kationenaustauscher und schwach oder stark basische Anionenaustauscher.

? Welcher Stoff wird als erstes am Auslauf eines Kationenaustauschers in der Natriumform erscheinen, wenn dieser von einer Lösung mit Kalzium- und Magnesium-Ionen durchflossen wird?
Von den Ionen in der Lösung werden zuerst die Magnesium-Ionen erscheinen, da sie von den Kalzium-Ionen, denen gegenüber der Austauscher eine höhere Selektivität hat, aus dem Austauscher verdrängt werden.

? Zeichne reale, schematisierte Durchbruchskurven für die relevanten bezogenen Konzentrationen beim Austausch von Kalzium- und Magnesium-Ionen gegen Natrium-Ionen.
Siehe [Skript, S. 131]

? Wovon hängt die nutzbare Kapazität eines Ionenaustauschers ab?
Von Selektivität, Kinetik, Betriebsparametern (z.B. Regenerationsgrad), Zielkonzentration der zu entfernenden Ionen

? Warum wird bei Vollentsalzungsanlagen der Kationenaustauscher vor den Anionenaustauscher geschaltet?
Wäre der Anionenaustauscher, der OH_--Ionen ins Wasser abgibt, zuerst geschaltet, so würde der dadurch steigende pH-Wert Fällungsreaktionen hervorrufen.

? Warum werden bei mehrstufigen Vollentsalzungsanlagen schwache Austauscher vor die jeweiligen starken Austauscher geschaltet?
Die schwachen Austauscher entfernen bereits einen Teil der unerwünschten Ionen, wodurch der nachgeschaltete Austauscher entlastet und seine Laufzeit verlängert wird. Darüber hinaus lässt sich der schwache Austauscher mit einem geringeren Regeneriermittelbedarf regenerieren.

? Warum wird bei mehrstufigen Vollentsalzungsanlagen der CO₂-Riesler zwischen schwach und stark basischen Anionentauscher geschaltet?
Mit dem Ausblasen von CO₂ erhöht sich der pH-Wert, weil Kohlensäure verloren geht. Der schwach basische Austauscher benötigt jedoch einen möglichst niedrigen pH-Wert, weil bei hohem pH-Wert (Vorliegen von OH^--Ionen) das Festion durch OH^--Ionen neutralisiert wird und so für Ionentausch nicht mehr zur Verfügung steht:
R-NH₂R⁺ + OH^- --> R-NHR + H₂O