Ionenaustauscher

Ionenaustauscher, Sammelbegriff für Vorrichtungen, mit der man aus einer Lösung bestimmte Ionen gegen andere Ionen gleichnamiger Ladung austauschen kann. Auf diese Weise lassen sich z. B. unerwünschte Stoffe aus einer Lösung entfernen. Ionenaustauscher gibt es in verschiedensten Formen, Größen und Ausführungen, die meistens für das jeweilige Behandlungsproblem entsprechend angepaßt sind. Diese Vorrichtungen werden sowohl in Laboratorien als auch in der Technik eingesetzt.

Allgemein verläuft die Arbeit mit Ionenaustauschern immer nach dem gleichen Grundschema. Die Lösung wird durch ein poröses, festes Material geleitet. Meist nutzt man als festes Material Mineralien aus der Gruppe der Zeolithe oder besonders vorbehandelte, synthetische Kunstharze, die große Komplexmoleküle enthalten. Bestimmte Ionen in der Lösung ersetzen dann Ionen oder Ionengruppen im Zeolith oder im Harz, aus dem sie anschließend ausgewaschen werden können. Durch geeignete Wahl des pH-Wertes, der Zusammensetzung und der Konzentration der Lösung sowie der Art des porösen Materials kann man bestimmte Ionen aus der Lösung mehr oder weniger selektiv (gezielt) entfernen, d. h. sie durch lose gebundene, austauschbare Ionen des Zeoliths oder des Harzes ersetzen.

Durch Ionenaustausch lässt sich beispielsweise die Wasserhärte vermindern oder beseitigen; diese wird durch Calcium- und Magnesiumionen hervorgerufen, die unlösliche Verbindungen bilden können. Zur Reinigung lässt man das Wasser durch einen Filter aus künstlichem Zeolith (z. B. Permutit) laufen. Dabei ersetzen Natriumionen des Zeoliths die unerwünschten Ionen im Wasser. Wenn das Zeolith mit den ausgetauschten Ionen gesättigt ist, wird es anschließend mit Salzlösung ausgewaschen und so regeneriert – es enthält dann wieder Natriumionen und kann erneut verwendet werden.

Die Ionenaustauschmethode wurde mit großem Erfolg bei der zuvor äußerst umständlichen und schwierigen Trennung der verschiedenen Seltenerdmetalle angewandt. In der Kernforschung erwiesen sich ihre Vorteile beim Abtrennen des Plutoniums vom Uran und dessen Kernspaltprodukten. Durch Ionenaustausch konnte man erstmals das Seltenerdmetall Promethium sowie einige Transurane nachweisen und isolieren. Das metallische Element Hafnium, das u. a. bei der Herstellung von Wolframfäden für Glühlampen benötigt wird, kann vom Zirconium durch Ionenaustausch besser getrennt werden als durch jedes chemische Verfahren.

Synthetische Ionenaustauscherharze werden häufig zum Filtern und Aufbereiten von Heiz- und Kühlflüssigkeiten eingesetzt, ferner in der Pharmazie als säurebindende Mittel. Ionenaustauscherharze dienen außerdem zum Isolieren von Antibiotika sowie bei der Herstellung von Blutplasma zum Entfernen des gerinnungsfördernden Calciums aus dem Blut.