Échangeurs d'ions |
La majorité des résines échangeuses d'ions reposent sur le principe de la copolymérisation du styrène et d'un agent de réticulation, le divinylbenzène (DVB), pour produire une structure tridimensionnelle généralement fournie sous forme de billes. Les résines échangeuses de cations fortement acides sont préparées par sulfonation des anneaux de benzène du polymère, alors que les résines échangeuses de cations faiblement acides sont principalement composées d'acide acrylique réticulé au divinylbenzène (DVB). Les échangeurs d'ions contenant des groupes d'ammonium quaternaire sont fortement basiques, tandis que les résines comportant des groupes d'amine tertiaire ont des propriétés faiblement à modérément basiques.
Les résines échangeuses d'ions de type gel, également nommées résines microporeuses, n'ont pas de pores définis. Dans ce cas, les ions à échanger diffusent à travers la structure du gel pour interagir avec les sites d'échange. Les résines de type gel présentent typiquement une microporosité avec des pores d'un diamètre de 30 Angströms maximum. La porosité de ces résines est inversement proportionnelle au taux de réticulation par le DVB. En raison de cette réticulation, ces échangeurs d'ions sont insolubles dans les acides, bases et sels concentrés, et résistent aux agents oxydants, réducteurs ainsi qu'à la radioactivité. Les résines de type gel sont stables du point de vue thermique et présentent une haute capacité d'échange.
Les résines échangeuses d'ions macroporeuses étant synthétisées par des procédures spéciales, leurs macropores ont un diamètre de plus du double de celui des résines microporeuses de type gel. Les macropores facilitent le processus d'échange d'ions et permettent l'accès aux composés de haut poids moléculaire. Ces derniers peuvent être des contaminants naturels ou industriels de l'eau, comme les acides humiques produits par la biodégradation des matières organiques ou l'effluent des eaux usées des usines de cellulose.
Les macropores facilitent également la régénération des échangeurs d'ions, évitant ainsi une contamination irréversible. En raison de leur forte porosité, ces résines sont opaques et changent peu de volume (faible gonflement) dans la plupart des solvants. La structure unique et robuste des résines macroporeuses est plus stable en présence de diverses conditions chimiques, osmotiques, thermiques et mécaniques. Par conséquent, les échangeurs d'ions macroporeux sont utiles en tant que catalyseurs, particulièrement dans les milieux non aqueux.
Comparé aux résines de type gel, les résines macroporeuses ont une moindre capacité d'échange d'ions. Cependant, leur durée de vie plus longue et le fait que seules ces résines rendent possibles certains procédés chimiques dépendant des réactions d'échange d'ions compensent cet inconvénient.
Les échangeurs d'ions macroréticulaires présentent certaines propriétés uniques, telles que la résistance à l'adsorption ou à la concentration de différentes molécules non chargées. Cela a conduit au développement de plusieurs adsorbants polymères macroréticulaires.