Résines échangeuses d'ions

Résines échangeuses d'ions.
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Généralités.
L'échangeur d'ions est une substance solide qui, placée dans un liquide, a la faculté de libérer des ions ou de fixer les ions contenus dans ce liquide.
Ce sont par exemple les zéolithes naturelles ou artificielles qui sont utilisées pour adoucir l'eau.

Les échangeurs d'ions sont utilisés non seulement pour adoucir l'eau, mais aussi pour produire de l'eau douce à partir d'eau saumâtre ou d'eau de mer.
Il existe également des échangeurs d'ions sélectifs qui fixent exclusivement une espèce particulière d'ions.
L'existence des phénomènes d'échange d'ions est connue depuis le milieu du XIX^e siècle, mais leur application pratique à des fins industrielles ne date que des 1^ères années du XX^e siècle.
L'application la plus ancienne est l'adoucissement de l'eau.
Les réactions d'échange d'ions sont régies par la loi des équilibres chimiques c'est à dire qu'elles se déroulent jusqu'à ce que les concentrations des divers ions atteignent certaines proportions précises
Le procédé d'échange ionique peut donc être défini comme un échange réversible d'ions, entre un solide et un liquide, échange qui s'effectue sans modification substantielle de la structure du solide, appelé résine.
Certaines résines synthétiques sont utilisées comme échangeurs d'anions (résines dites anioniques), tandis que d'autres sont employées comme échangeurs de cations (résines dites cationiques).
Elles sont régénérables : c'est-à-dire qu'elles peuvent être remisent sous leurs formes ionisées initiales par action chimique.
Le nombre des résines échangeuses d'ions est très élevé; certaines sont fabriquées à la demande pour des usages particuliers

Propriétés.
Les propriétés générales des résines sont :

• le taux de réticulation,
  > par exemple : DVB dans une résine polystyrène sulfoniques, de 4 à 16 %.
• la porosité du squelette,
  > existence de canaux, de pores de tailles définies variables suivant leur type.
• la stabilité et longévité,
  > qualité du squelette à rester stable durablement, en gardant sa CE.
  (dégradation due à la chaleur, à la lumière, etc.)
• la densité,
• la granulométrie,
  > en général, de 0.3 à 1 mm (diamètre moyen : 0.6/07).
• la rétention d'humidité,
  > influe sur le gonflement de la résine lorsqu'elle est immergée.
  la sélectivité,
  > distingue les résines en fonction de leur propension à fixer certains ions
• la capacité d'échange (CE),
  >la quantité d'ions que peut fixer une masse ou un volume donné
  (souvent exprimé en équivalent par litre de résine).
• la perte de charge,
  (la perte d'énergie en m d'eau/m de résine par passage au travers du lit)
• l'expansion,
  (en soulèvement du lit de résine, son % d'expansion est fonction de la vitesse d'écoulement)
  

Mécanisme réactionnel de fixation des ions sur résines cationiques (adoucissantes) :
La structure moléculaire des résines comporte des radicaux (R) acides ou basiques sur lesquels les ions fixés, cations (C⁺) ou anions (A^-) sont susceptibles d'être remplacés, par certains ions (B) de même charge électrique, d'une solution aqueuse.

Résine cationique saturée en sodium : [R^-- Na⁺] ,

• - Principaux cations présents dans l'eau : Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, etc. (soit au total B⁺ ),
  - Principaux anions présents dans l'eau : HCO₃^-, Cl^-, SO₄^2-, NO₃^- (soit au total B^-)

Nous avons :

[R^-- Na⁺] ...... + ...... [B⁺- B^-] >>>>>> [R^-- B⁺] ...... + ...... Na⁺- B^-

• résine...........................eau....................ions fixés.............. ions libérés
  
  

Capacité totale.
C'est le nombre maximum d'ions que la résine peut fixer. Elle est fonction du type de résine. En général les capacités totales des cationiques sont supérieures aux anioniques.
S'exprime, selon les cas, en : 

• équivalents par litre (de résine), eq/l,
• milli-équivalents par litre (meq/l),
• équivalents par mètre-cube (eq/m3),
• degré français par litre ou m3 (°F/l ou °F/m3),
• gramme (d'un ion) par litre ou m3.

Capacité utile de base.
C'est le nombre d'ions qu'une résine peut fixer en fonction du type de résine et du taux de régénération.
Capacité utile spécifique
C'est la quantité d'un ion donné qu'une résine peut fixer, en fonction du type de résine et du taux et du sens de régénération.
Exemple : capacité de fixation de dureté (Ca+Mg) en fonction du régénérant NaCl en co-courant,

Normalisation.
Norme sur les produits utilisés pour la production d’eau potable : bulletin officiel - Liste B,
-Circulaires des 23 et 24 juillet 1985 et arrêté du 29 mai 1997
-Circulaire du 27 mai 1987 et arrêté du 29 mai 1997

Utilisations.
Cette technologie est présente dans les peintures, les adhésifs, les produits d’entretien ménager, les ordinateurs, les matériaux de construction.
Les résines sont utilisées pour :

• le traitement d’eau industrielle et domestique
• traitement des effluents
• la production d’eau ultra pure dans l’industrie électronique
• les applications alimentaires et pharmaceutiques
• catalyseur dans différents procédés industriels

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