Resine a scambio ionico

Le resine a scambio ionico sono composte da una matrice polimerica (in forma fisica di minuscoli granuli di pochi millimetri di diametro) a cui sono poi aggiunti gruppi funzionali in grado di catturare o rilasciare ioni, rendendo così possibile lo scambio ionico. Un tempo gli scambiatori ionici erano composti naturali a base di silice (zeoliti); a tutt’oggi si usano invece prodotti di sintesi organica, appunto le resine.

Esiste una grande varietà di gruppi funzionali disponibili in commercio; la porosità e il piccolo diametro di queste resine sintetiche viene monitorato e controllato durante il processo di polimerizzazione tramite tecnologie di produzione molto avanzate, che rendono il trattamento alquanto efficiente anche in applicazioni critiche; è per tale motivo che le resine sintetiche a scambio ionico hanno ormai da tempo rimpiazzato le zeoliti naturali, che trovano ancora marginali impieghi in applicazioni meno tecniche o in settori di nicchia.

Le resine possono essere sia cationiche (in grado di scambiare cationi), sia anioniche (in grado di scambiare anioni).

Resine a scambio ionico: resine cationiche

Nelle resine cationiche i gruppi funzionali attivi sono in grado di fissare ioni positivi, mentre in quelle anioniche i gruppi funzionali sono in grado di fissare ioni negativi. Inoltre, le resine, sia cationiche che anioniche, possono essere classificate in forti o deboli, a seconda del gruppo funzionale. Le resine forti sono operative in tutto il range di pH, mentre quelle deboli sono in grado di scambiare ioni solo in un range ristretto; le cationiche deboli operano in campo neutro o basico, mentre le anioniche deboli in campo neutro o acido.

Le resine cationiche sono state le prime ad essere messe a punto e utilizzate per l’addolcimento dell’acqua. Quelle forti più diffuse sono a base di gruppi solfonici, e si ottengono per solfonazione di polimeri a base di polistirolo reticolato con divinilbenzene (DVB), a cui vengono poi aggiunti gruppi funzionali in grado di catturare o rilasciare ioni: sono le resine a scambio ionico a tutt’oggi più commercializzate, per lo meno in volume. Il contenuto di DVB può variare dall’1% fino a circa il 15 – 16% ed è il responsabile del grado di reticolazione che varia in funzione delle caratteristiche che deve presentare lo scambiatore. Le resine cationiche deboli più diffuse sono invece quelle contenenti gruppi carbossilici, derivati dall’acido acrilico e metacrilico. Mentre le resine cationiche forti sono in grado di scambiare il loro ione H+ con qualsiasi tipo di catione, le resine cationiche deboli lo scambiano solo con cationi legati ad acidi deboli.

Resine a scambio ionico: resine anioniche

Le resine anioniche sono state sviluppate successivamente a quelle cationiche: le resine anioniche forti più diffuse hanno gruppi funzionali ammonici quaternari, mentre le resine anioniche deboli hanno gruppi funzionali amminici secondari e terziari.

In termini di volume il rapporto dei consumi tra resine cationiche ed anioniche è decisamente a favore delle resine cationiche (per la maggioranza a base di polistirolo reticolato con DVB), mentre in termini di valore il rapporto è a vantaggio delle resine anioniche. Questo perché le resine cationiche hanno un prezzo decisamente inferiore a quelle anioniche.

Gli impieghi delle resine a scambio ionico

Le resine a scambio ionico trovano una serie di impieghi, per la stragrande maggioranza nel trattamento acque:

• settore civile: la finalità principale nel settore civile è la potabilizzazione delle acque domestiche.
• settore industriale: a sua volta il settore industriale comprende due sottosettori:
  • trattamento acque destinate ad essere utilizzate nell’industria;
  • il trattamento delle acque di scarico derivanti da vari processi industriali.
• applicazioni particolari diverse dal trattamento acque.

 Il mercato delle resine a scambio ionico

Il globale delle resine a scambio ionico crescerà da 1,8 miliardi di dollari nel 2020 a 2,2 miliardi di dollari entro il 2025, con un CAGR del 4,2%, durante il periodo di previsione. L’urbanizzazione in Asia Pacifico e la crescente domanda di energia nucleare sono alcuni dei fattori chiave che guidano il mercato.