イオン交換樹脂

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イオン交換樹脂製ビーズ。カラムなどに詰めて用いられる。

イオン交換樹脂(イオンこうかんじゅし、ion exchange resin)またはイオン交換ポリマー(ion-exchange polymer)[1]は、合成樹脂の一種で分子構造の一部にイオン基として電離する構造を持つ。

などの溶媒中のイオンとイオン交換作用を示すが、その挙動はイオンに対する選択性に従う。イオン基の性質により、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂に大別され、またその解離性により強酸弱酸強アルカリ弱アルカリに分けられる。

概要[編集]

イオン交換樹脂は、主に直径 1 ミリメートル弱の粒状で供給・利用されるが、その他にも繊維状や液状の製品もあり、状のものは特にイオン交換膜と呼ばれる。

高分子であるため性質上非水溶性であり、水に溶けない酸や塩基と見なす事もできる。高分子の分子鎖が網目構造を取るため、水やイオンの浸透が容易であり、活性炭などの吸着剤と同様、大きな比表面積を持つ。

イオン交換樹脂はその分子内に、交換されるイオンを放出する基(例:スルホ基)を持つ。イオン交換能は、一定量のイオン交換を行うと失われるが、元の交換イオンを含む水溶液に浸漬することで回復する。

最も一般的なイオン交換樹脂の構造は、スチレンジビニルベンゼンの共重合体からなる母体を持つものである。ポリスチレン長鎖分子が、ジビニルベンゼンの架橋により立体的網目構造の樹脂を形成する。このためビーズの様な形状であっても、その内部には広い表面積を持つ。

イオン選択性は、常態では価数が大きく重いイオンほど大きく(イオン交換されやすく)なる。このため、水素イオン水酸化物イオン(酸とアルカリ)で再生したイオン交換樹脂は、様々なイオンを水中から取り除く能力を持つことになる。フッ素イオンは水酸化物イオンより選択性が小さいため、イオン交換しにくい。

ボイラー内部に、炭酸カルシウムなどを主成分とする堆積物が生じると熱効率が損なわれる。そこで、食塩水で再生したイオン交換樹脂にボイラー補給水を通すことにより、カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの硬度成分は食塩に交換され、堆積物を生成しない軟水になる。このような軟水化の装置を軟水器と呼ぶ。

歴史[編集]

用途[編集]

イオン交換樹脂中の固定イオンと様々な溶液中の対立イオン(交換されるイオン)との吸着の差を利用することによって、溶液に含まれた各イオンを分離することができる。

主要な用途として、中性塩の分解・脱塩と、特定イオン基の回収・除去があげられ、化学工業での物質精製などに用いられている。

出典[編集]

関連項目[編集]