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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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Présentation
Propriétés générales des résines1. Structure des divers types d’échangeurs d’ions
Définitions
Substitution
Un ion noble (par exemple le cuivre) est récupéré dans la solution et remplacé par un autre sans valeur. De façon analogue, un ion nocif (par exemple un cyanure) est retiré de la solution et remplacé par un autre inoffensif.
Séparation
Une solution contenant un certain nombre d’ions différents (par exemple Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, tous sous forme de chlorures) est passée au travers d’une colonne de billes de résine. Les ions sont séparés et émergent par ordre croissant d’affinité pour la résine.
Élimination
En utilisant une combinaison de résine échangeuse de cations (sous forme H+) et de résine échangeuse d’anions (sous forme OH−), tous les ions sont enlevés et remplacés par de l’eau (H+OH−). La solution est ainsi déminéralisée. Ceci est en réalité une variante particulière de la substitution.
bien que substitution et élimination puissent être réalisées en discontinu sans agitation, le procédé en colonne compacte utilisé pour la séparation est le plus souvent adopté pour les trois types d’applications, en raison de la meilleure efficacité des deux phases du cycle d’échange, à savoir la fixation et l’élution.
Nous examinerons tout d’abord les différents types de squelette puis les groupes fonctionnels.
1.1 Squelettes
1.1.1 Squelette polystyrénique
La polymérisation du styrène (ou vinylbenzène), sous l’influence d’un catalyseur d’activation, le plus souvent un peroxyde organique, produit un polystyrène linéaire, matière plastique malléable, transparente, soluble dans certains solvants, avec une température de ramollissement définie. Si une certaine proportion de divinylbenzène (DVB) est mélangée au styrène, le polymère se réticule et devient alors totalement insoluble (figure 1).
Dans la fabrication des...
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