Ionentauscherharze

Ionenaustauscherharze werden hauptsächlich in der Wasseraufbereitung und in speziellen Industrieprozessen verwendet.  Ionenaustauscher können zu vielen Prozessen kombiniert und gezielt auf einzelne Anwendungen eingesetzt werden.

Ionenaustauscher sind industriell hergestellte Harze, die im Wasser gelöste Ionen durch andere Ionen gleicher Ladung ersetzten. Die Harze sind in Polymer-/Polykondensatgerüste aufgebaut und werden in Geltypen und makroporösen Typen unterschieden. Die Harze werden in Druckbehältern oder Kartuschen gefüllt und mit Wasser durchströmt. Die Filterfläche und die Höhe des Harzbetts sind auf die durchströmende Wassermenge ausgelegt.

Die Leistung der Ionenaustauscher wird über eine berechnete Kapazität auf Basis einer Wasseranalyse bestimmt. Ionenaustauscherharze werden nach der Erschöpfung wieder mit entsprechenden Chemikalien regeneriert. Ein großer Vorteil dieser Verfahrenstechnik ist die lange Lebensdauer und die Robustheit

Ionentauscher oder Ionenaustauscher sind Materialien, mit denen im Wasser gelöste Ionen gegen andere Ionen der gleichen Art ersetzt werden können. Ionentauscher kommen als Säulen, die mit einem Ionenaustauschermaterial gefüllt sind, oder als Membranen in den Handel und werden von der zu behandelnden Lösung durchströmt. Die auszutauschenden Ionen werden am Ionenaustauschermaterial gebunden, das seinerseits dafür eine äquivalente Stoffmenge von vorher gebundenen Ionen in die Lösung abgibt. Beispielsweise kann ein Kationenionenaustauscher Calcium-Kationen, die im normalen Leitungswasser gelöst sind gegen Natrium-Kationen, die an den Ionenaustauscher gebunden sind, austauschen. Solche Kationenionenaustauscher sind auch in Geschirrspülern vorhanden. In ihnen wird für die Spülvorgänge Wasser benötigt, das frei ist von Calcium-Kationen, die sonst zur Bildung von Kalkflecken führen würden. Wenn dieses Kationenaustauscherharz erschöpft und vollständig mit Calcium-Kationen abgesättigt ist, muss es regeneriert werden. Das geschieht dadurch, dass man die gebundenen Calcium-Kationen durch das Angebot einer möglichst hoch konzentrierten Lösung von Natriumchlorid (Kochsalz) wieder verdrängt. Man bezeichnet diesen Regenerierungsvorgang auch als das Beladen des Austauschers.

Ionentauscher werden sehr oft zur Enthärtung von Wasser verwendet.

• Herstellung von demineralisiertem Wasser: oft auch fälschlicherweise als destilliertes Wasser (Wasser, das durch Destillation gereinigt wurde) bezeichnet. Mit Hilfe von Kationen- und Anionentauschern werden unerwünschte Salze aus dem Wasser entfernt. In der Wissenschaft und Technik bezeichnet man demineralisiertes Wasser daher auch als Deionat oder VE-Wasser (voll entsalzt).
• In Geschirrspülmaschinen: hier werden Ionenaustauscher verwendet, um die Maschine vor Ca²⁺– und Mg²⁺-Ionen zu schützen, die zu Kesselstein (umgangssprachlich: Verkalkung) führen können. Diese Ionen werden durch Na⁺-Ionen ersetzt und nicht, wie bei anderen Austauschern durch “saure” H⁺-Ionen, die das Metall der Spülmaschine und Gläser angreifen würden. Da ein eingebauter Ionentauscher nach einiger Zeit mit Ca²⁺– und Mg²⁺-Ionen beladen ist und nicht mehr funktionieren würde, muss dieser wieder regeneriert werden. Dazu gibt es spezielles Regeneriersalz, das immer wieder zugegeben werden muss.
• In Wasserfiltern: diese “Filter” enthalten meist nicht nur einen Ionentauscher um das Wasser zu entkalken und um damit Kalkablagerungen in Wasserkochern zu verhindern, sondern meist auch Aktivkohle-Filter um geruchs- und geschmacksstörende Stoffe zu entfernen.

• In Waschmitteln: auch hier soll der Ionentauscher den Kalziumkarbonatgehalt des Wassers herabsetzten um die Bildung von Kalkseifen zu verhindern. Dadurch wird weniger Waschmittel benötigt. Ein wichtiger Ionentauscher in Waschmitteln ist beispielsweise der Stoff Zeolith A.

• Reinigung von Abwasser: ein Beispiel ist die Reinigung der Abwässer, die beim Galvanisieren zurückbleiben, also bei der Herstellung von Metallüberzügen. Diese Abwässer enthalten giftige Schwermetallionen, die nicht in Kläranlagen abgegeben werden können. Dadurch werden auch die wertvollen Ausgangsstoffe wieder gewonnen.

• In der Medizin: zum Beispiel zur Abgabe von Wirkstoffen, indem im Körper vorhandene Protonen (H⁺-Ionen) oder Metall-Ionen in den Ionentauscher aufgenommen werden und der im Ionentauscher enthaltene Wirkstoff abgegeben wird. Eine weitere Anwendung ist die Behandlung einer Hyperkaliämie, indem K⁺-Ionen aus dem Körper entfernt werden und durch Na⁺-Ionen ersetzt werden. Bei der Therapie der Hypercholesterinämie verwendet man Anionenaustauscher (als sogenannte Ionenaustauscherharze), um negativ geladene Gallensäuren im Darm zu binden und im Austausch beispielsweise Citronensäure abzugeben. Dadurch wird der enterohepatische Kreislauf der Gallensäuren gehemmt, die Leber muss vermehrt Gallensäuren aus Cholesterin herstellen und der LDL-Cholesterinspiegel im Blut sinkt um 25-30%. ^[1] Als positive Nebeneffekte sind ein Anstieg des sich günstig auswirkenden HDL-Cholesterins um 3-8% und die Zunahme der Dichte der LDL-Rezeptoren zu werten, die zu einer vermehrten Extraktion des LDL aus dem Blut führt. Nachteilig können Obstipation (Verstopfung), Übelkeit und eine verminderte Resorption fettlöslicher Vitamine A, D, E, K auftreten.