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RÉSUMÉ
L'échange d'ions est un procédé dans lequel les ions d'une certaine charge contenus dans une solution sont éliminés de cette solution par adsorption sur un matériau solide (l'échangeur d'ions), pour être remplacés par une quantité équivalente d'autres ions de même charge émis par le solide. Cet article présente la structure des résines échangeuses d'ions, leurs propriétés et les réactions chimiques qui gouvernent l'échange d'ions.
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François de DARDEL : Ingénieur-chimiste de l’École Polytechnique Fédérale de Zürich - Rohm and Haas France SA
INTRODUCTION
L’‘échange d’ions est un procédé dans lequel les ions d’une certaine charge contenus dans une solution (par exemple des cations) sont éliminés de cette solution par adsorption sur un matériau solide (l’échangeur d’ions), pour être remplacés par une quantité équivalente d’autres ions de même charge émis par le solide. Les ions de charge opposée ne sont pas affectés.
L’échangeur d’ions est un sel, un acide ou une base, solide et insoluble dans l’eau, mais hydraté, c’est-à-dire gonflé d’eau comme une éponge. La teneur en eau d’un matériau apparemment sec peut être de plus de 50 % de sa masse totale et les réactions d’échange se déroulent dans cette eau, dite eau de gonflement ou d’hydratation, à l’intérieur de l’échangeur.
L’échange d’ions est à la base d’un grand nombre de procédés chimiques qui peuvent se classer en trois catégories principales : substitution, séparation et élimination.
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MOTS-CLÉS
Chromatographie Séparation sélective traitement de l'eau Purification de jus sucrés Résines Echange d'ions
VERSIONS
- Version courante de nov. 2015 par François DE DARDEL
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Réactions d’échange d’ions2. Propriétés générales des résines
2.1 Taux de réticulation et porosité du squelette
2.1.1 Nécessité de la réticulation
En augmentant le taux de réticulation (pourcentage de DVB dans le monomère, en masse), on obtient une résine de plus en plus dure, donc de moins en moins élastique. Les résines plus réticulées résistent mieux aux milieux oxydants qui ont tendance à déréticuler le polymère. Toutefois, au-delà de 10 à 12 % de DVB, la structure devient trop rigide et compacte. L’activation devient difficile car l’accès au cœur de la bille est entravé par la densité du squelette.
Par ailleurs, les tensions osmotiques, dues à des forces de gonflement très élevées, ne peuvent plus être absorbées par l’élasticité du squelette et font éclater la bille. Enfin, la vitesse d’échange est d’autant plus grande que les ions peuvent circuler à l’intérieur de la bille d’échangeur ; une structure trop dense ralentit le mouvement des ions et diminue donc la capacité utile de la résine 2.2.2.
Pour les résines sulfoniques, on obtient ainsi une capacité totale 2.2.1 maximale vers 8 % de DVB.
HAUT DE PAGE2.1.2 Réticulation et affinité
Plus grande est la mobilité des ions dans la structure, moins la résine aura tendance à privilégier une espèce ionique par rapport à une autre de même charge. Lorsqu’on veut accroître la différence d’affinité entre plusieurs ions, il est donc nécessaire d’augmenter la réticulation de la résine.
En traitement d’eau, les résines de type polystyrène sulfoné ont presque toujours un taux de DVB aux alentours de 8 %. Des résines...
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