تبادل یونی یک تبادل برگشت پذیر از یک نوع یون در یک جامد نامحلول با بار مشابهی است که در محلول اطراف جامد یافت می شود، به ویژه با واکنشی که برای نرم کردن یا غیر معدنی کردن آب، تصفیه مواد شیمیایی و جداسازی مواد استفاده می شود.تبادل یونی به طور کلی فرآیند خالص سازی محلول های آبی با استفاده از رزین سختی گیر پلیمری جامد را توصیف می کند. به طور دقیق تر، این اصطلاح طیف گسترده ای از فرآیندها را در بر می گیرد که در آن یون ها بین دو الکترولیت مبادله می شوند.علاوه بر استفاده برای تصفیه آب آشامیدنی، به طور گسترده ای برای تصفیه و جداسازی مواد شیمیایی مختلف فنی، صنعتی و پزشکی استفاده می شود.
مبدل های یونی معمولی ،رزین های تبادل یونی (پلیمر متخلخل یا ژل عامل دار)، زئولیت ها هستند. مبدل های یونی رزین کاتیونی هستند که یون های دارای بار مثبت (کاتیون ها) یا مبدل های آنیونی که یون های دارای بار منفی (آنیون ها) را مبادله می کنند. همچنین اصلاح‌کننده‌های آمفوتریک وجود دارند که می‌توانند همزمان کاتیون‌ها و آنیون‌ها را مبادله کنند. اما تبادل همزمان کاتیون و آنیون معمولاً در بسترهای مخلوط انجام می شود که حاوی مخلوطی از رزین های تبادل آنیونی و رزین کاتیونی یا عبور محلول از چندین ماده مختلف تبادل یونی است.
تبادل یونی روشی است که معمولاً در فیلترهای خانگی برای تولید آب نرم به نفع مواد شوینده لباسشویی، صابون ها و کتری ها استفاده می شود. این کار با جایگزینی کاتیون های دو ظرفیتی مانند کلسیمCa2+ و منیزیمMg2+ با کاتیون های تک ظرفیتی بسیار محلول مانند Na+ یا H+ انجام می شود. یکی دیگر از کاربردهای تبادل یونی در تصفیه آب خانگی، حذف نیترات ها و مواد آلی طبیعی است.
تبادل یونی یک فرآیند شیمیایی است که در آن یون ها بین دو محلول الکترولیت یا بین یک محلول الکترولیت و یک ساختار ماتریکس جامد که به عنوان پلیمر تبادل یونی شناخته می شود، مبادله می شود. هنگامی که محلول الکترولیت با پلیمر یا رزین واکنش می دهد، یون های محلول گرفته شده و به بستر جامد متصل می شوند و یون های مختلف از همان بار آزاد می شوند. تبادل کاتیونی زمانی انجام می شود که ذرات با بار مثبت رد و بدل می شوند در حالی که تبادل آنیون زمانی انجام می شود که ذرات با بار منفی مبادله می شوند.
در محیط های صنعتی، تبادل یونی با استفاده از پلیمرهای آلی مصنوعی صورت می گیرد. یک پلیمر تبادل یونی را می توان برای فیلتر کردن یون های خاص از یک محلول ساخت. چهار نوع اصلی پلیمرهای تبادل یونی با ترکیبات یونی و خواص شیمیایی متفاوت وجود دارد: رزین‌های آنیونی پایه قوی، رزین‌های آنیونی پایه ضعیف، رزین‌های کاتیونی اسید قوی و رزین‌های کاتیونی اسید ضعیف.علاوه بر این چهار گروه، انواع دیگری از رزین های تبادل یونی وجود دارد. رزین های کیلات در فیلتر کردن کاتیون های سمی فلزات سنگین مانند سرب و جیوه مهم هستند. این رزین ها در تصفیه فاضلاب و آب های زیرزمینی کاربرد دارند.
رزین های اسیدی قوی را می توان برای حذف کاتیون های کلسیم و منیزیم از آب در فرآیندی به نام نرم شدن آب استفاده کرد. یون های کلسیم و منیزیم از محلول با یون های سدیم یا هیدروژن از رزین جایگزین می شوند. محصولات خانگی مانند مواد شوینده لباسشویی از زئولیت برای نرم شدن آب استفاده می کنند تا از مخلوط شدن یون های کلسیم و منیزیم با عملکرد پاک کننده صابون جلوگیری شود.
یون زدایی آب یکی دیگر از کاربردهای رایج رزین تبادل یونی است. در دییونیزاسیون، نمک های معدنی مانند سدیم و کلسیم از آب خارج می شوند و بسته به نوع رزین مورد استفاده با کاتیون های هیدروژن یا آنیون های هیدروکسید جایگزین می شوند. این فرآیند آب خالصی مشابه آب مقطر تولید می کند که در فرآیندهای آزمایشگاهی و صنعتی که به آب خالص نیاز است مفید است.
واکنش های تبادل یونی صنعتی معمولاً با استفاده از ستون ها انجام می شود. این ظروف حاوی یک بستر رزینی هستند که رزین تبادل یونی را هنگام عبور از محلول حفظ می کند. جریان را می توان با دریچه ها و ابزار دقیق متصل به ستون کنترل کرد. هنگامی که محلول از رزین عبور می کند، تبادل یونی انجام می شود تا زمانی که تمام محل های پیوند در رزین پر شود و در نتیجه یک محلول خالص به دست می آید.
1. صنایع غذایی و آشامیدنی
2. هیدرومتالورژی
3. تکمیل فلزات
4. شیمیایی
5. پتروشیمی
6. فناوری دارویی
7. تولید شکر و شیرین کننده
8. تصفیه آب زیرزمینی و آشامیدنی
9. هسته ای
1. نرم کننده، تصفیه آب صنعتی
