Wat is de geschiedenis van de ionenwisselaar?

De oorsprong van de ionenwisselaar ligt al in de zeventiende eeuw, maar pas de laatste decennia is de ionenwisselaar in Nederland echt beschikbaar geworden voor particuliere huishoudens. We geven hieronder een overzicht van de geschiedenis van de ionenwisselaar. 

Wat een ionenwisselaar is en hoe deze werkt kun je hier lezen. Positief geladen deeltjes (kationen) in een oplossing of een vloeistof worden gewisseld tegen andere deeltjes. Zo kun je een oplossing vrij maken van ongewenste elementen. In het geval van een waterontharder worden de kationen calcium en magnesium gewisseld tegen twee natriumionen. Daarmee maken we het water zacht omdat het geen calcium, en magnesiumcarbonaat meer kan vormen. Vooral calciumcarbonaat is berucht omdat het de witte kalkstrepen in je douche veroorzaakt.

Maar hoe zit het met de geschiedenis van de ionenwisselaar of voluit kationenwisselaar? Wanneer werd deze voor het eerst gebruikt en waarom? Dat kun je lezen in dit artikel.

1850

Laten we beginnen bij het begin. Onderzoeker Harry stephen Meysey Thomson en de chemicus John thomas Way zagen dat een het afvalwater van een ammoniumsulfaat oplossing die je door een soort zandfilter liet stromen mineralen bevatten waaronder calciumsulfaat.

1905

In dit jaar ontwikkelde dr. Robert Gans in Duitsland een methode om met een natuurlijk zeolietmengsel deeltjes uit een oplossing te verwijderen waardoor het water zachter werd. Zeoliet is een (vulkanisch) gesteete ofwel een mineraal met hele poreuze eigenschappen. Zo kan heeft het een groot inwendig oppervlak en kan het veel water vasthoudt. De naam Zeoliet komt ook uit Grieks. Zein betekent koken en lithos betekent steen. Als je zeoliet namelijk verhit dan kookt het water eruit.

1910

In Moskou werd de eerste commerciële (op natuurlijk) zeoliet gebaseerde kationenwisselaar in gebruik genomen voor een elektriciteitscentrale waar ze water moeten verdampen.

1913

Het eerste synthetische zeoliet werd op de markt gebracht door Pfaudler Permutit, Inc in New York. De uitwisselcapaciteit van ionen op dit medium was oneindig veel groter dan op zijn natuurlijke tegenhanger.

1920

In 1920 waren ionenwisselaars voor huishoudelijk gebruik eigenlijk gewoon geminiaturiseerde versies van grote industriële waterontharders. Ze waren erg groot tot wel wel 70 a 80 centimeter in doorsnede. Dit was vanwege de lage capaciteit van het gebruikte medium van olivijnzand ofwel zeoliet. Deze eerste ionenwisselaars voor particuliere toepassing waren daarbij erg duur en alleen beschikbaar voor mensen met een goed gevulde portemonnee.

Het medium moest handmatig worden geregenereerd.

1924

In dit jaar startte Emmet Culligan zijn bedrijf. Samen met zijn buurman Lynn Lindsay ontwikkelde hij een kationwisselaar met een synthetische hars. Voor de werking van hun  systeem ontwikkelden ze een klep om de waterstromen door de waterontharder te controleren. Nu kon de middenklasse zich ook een oplossing voor kalkaanslag veroorloven.

1935

De Engelse chemicus Basil Albert Adams en zijn collega Eric Leighton Holmes introduceerden als eerste een fenolhars. Dit is een kunsthars die ze fabriceerden met een condensatiepolymerisatie van fenol met formaldehyde. Met deze hars kon je twee soorten media maken en zo zowel anionen als kationen uitwisselen. Op deze manier kon je niet alleen het water ontdoen van positief geladen ionen maar dus ook nog de negatief geladen deeltjes uit het water verwijderen om het zo volledig te demineraliseren.

1937

De eerste fabriek werd gebouwd om het water volledig te demineraliseren.

1945 - 1947

In deze jaren werd er intensief onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van een harsbed medium op basis van styreen-divinylbenzeen. Dit zou de ultieme doorbraak blijken te zijn en en de basis leggen voor de techniek die tegenwoordig nog steeds gebruikt wordt. Deze polymeer was stabiel, mechanisch sterk, en praktisch ongevoelig voor pH schommelingen zoals de fenolharsen.

Het duurde dan ook niet lang of er werden harsen ontwikkeld voor diverse specifieke  toepassingen zoals het verwijderen van nitraat, sulfaat, uranium, arseen en vele andere verontreinigingen.

In het begin van de ontwikkelingen konden ionenwisselaars slechts enkele honderden liters water behandelen. tegenwoordig is de capaciteit gegroeid naar enkele duizenden liters voor vergelijkbare volume eenheden uitwissel media. Idem voor het gebruik van regeneratie water en / of het gebruik van zout voor de regeneraties van de styreen-divinylbenzeen harsen.

Conclusie

Ionenwisseling heeft enorme ontwikkelingen doorgemaakt in de vorige eeuw. En de ontwikkelde toepassingen hebben hun weg gevonden in diverse sectoren wereldwijd zoals de agrarische sector om de melkproductie te verhogen maar ook in de energiesector, de farmaceutische industrie en natuurlijk in de private sector waar huishouden gretig gebruik zijn gaan maken van de mogelijkheden om kalkvrij water door hun leidingen te laten stromen.