Wat is een ionenwisselaar precies?

Ionenwisselaar is een verzamelnaam. De naam zegt het al: je wisselt ionen met elkaar. AquaCell is een kationwisselaar om helemaal precies te zijn. Kationen zijn positief geladen deeltjes zoals calcium en magnesium waar we in het hoofdstuk waterhardheid over hebben verteld. Die positieve lading is van belang voor het wisselen. AquaCell wisselt de dubbelwaardig positief geladen calciumdeeltjes (Ca2+) en magnesiumdeeltjes (Mg2+) voor de enkelvoudig positief natiumdeeltjes (Na+) en verwijdert zo alle kalkvormende deeltjes uit het water. 

Laten we eerste nog eens de reactie erbij pakken waarbij hard water kalkaanslag afzet in de volgende evenwichtsreactie:

CaCO3(s) + CO2(aq) + H2O ⇋ Ca2+(aq) + 2HCO3-(aq)

Om de vorming van CaCO₃ tegen te gaan is het voldoende om alleen calcium uit deze vergelijking te halen (of magnesium als je kijkt naar de vorming van magnesiumcarbonaat). Dat doen we dus met een ionenwisselaar. Allemaal kleine synthetische bolletjes. Deze bolletjes zijn helemaal verzadigd met natriumdeeltjes die een enkelvoudige positieve lading hebben (Na⁺). Als het harde water nu langs de bolletjes stroomt dan laten er twee natriumdeeltjes los en hun plek wordt ingenomen door een enkel calciumdeeltje omdat dit een dubbelwaardige positieve lading heeft (Ca²⁺). Ditzelfde principe geldt voor de magnesiumdeeltjes. Dit proces gaat door totdat de hele harscel vol zit met allemaal calcium en magnesiumdeeltjes:

2NaCl + Ca2+ H– ⇋ 2 2Na+ H– + CaCl2

Wanneer we dat punt bereikt hebben dan kunnen we het proces simpelweg omdraaien. Dat is het ultieme voordeel van een ionenwisselaar. Door een zoute oplossing van NaCl (zout dus) over het harsbed te spoelen laten de magnesium en calcium deeltjes los en wordt het harsbed weer ‘opgeladen’ met natriumdeeltjes. Het restant van het zoute water waarin de magnesium en calcium is opgelost spoelen we door de afvoer.

Kationenwisselaars zijn dus logischerwijs dé gedroomde systemen om deeltjes (ionen) uit vloeistoffen (water) te verwijderen. Hiervoor worden microscopisch kleine synthetische bolletjes hars gebruikt die verpakt zijn in een kolom of harscel. In het geval van de AquaCell is de gebruikte hars erg bijzonder. Die is namelijk slechts 350 micron in diameter en elk bolletje heeft dezelfde grootte. Wanneer we dat vergelijken met ouderwetse waterontharders dan is dat tot wel drie keer fijner. Dat maakt de AquaCell ook veel efficiënter omdat het totale oppervlak veel groter is. Er zijn dus veel meer contactmomenten met de natrium en met de magnesium en calciumdeeltjes. Bijkomend voordeel van een hele fijn geschikte hars is dat er op termijn geen hardheidslekken ontstaan als het water de weg van de minste weerstand gaat volgen, door het hars, en zo zijn uitwisselingscapaciteit gaat verliezen.