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Lo Esencial Acerca
del Intercambio Iónico
por Ing. Joseph A. Avilla

Resumen: Este artículo, compendio de un
trabajo presentado en la XXV Conferencia Anual
de la Water Quality Association (WQA), en 1999,
describe el proceso de fabricación y los
polímeros involucrados, y discute la
importancia del entrecruce de divinilbenzeno
(DVB) de la estructura de la resina. Las
diferentes estructuras físicas,gelatinosas y
macroporosas, son comparadas, al igual que
las dos estructuras químicas, acrílica y
estirénica. También se ilustra la selectividad y
la cinética de los distintos tipos de sitios de
intercambio.

Introducción
Los suministros de agua natural contienen
sales disueltas, las cuales se disocian en el
agua para formar partículas con carga,
conocidas como iones. Estos iones están
presentespor lo general en concentraciones
relativamente bajas, y permiten que el agua
conduzca electricidad. Algunas veces se
conocen como electrolitos. Estas impurezas
iónicas pueden causar problemas en los
sistemas de enfriamiento y calefacción,
generación de vapor, y manufactura. Los iones
comunes que se encuentran en la mayoría de
las aguas incluyen los cationes de carga
positiva; calcio ymagnesio—cationes que
generan dureza, los cuales hacen que el agua
sea “dura”—y sodio. Los aniones de carga
negativa incluyen alcalinidad, sulfato, cloruro,
y silicio.
Las resinas de intercambio iónico son
particularmente adecuadas para la eliminación
de estas impurezas por varias razones: las
resinas poseen una alta capacidad para los
iones que se encuentran en bajas
concentraciones, las resinas son establesy se
regeneran fácilmente, los efectos de la
temperatura son en su mayoría insignificantes,
y el proceso es excelente tanto para grandes
como pequeñas instalaciones, por ejemplo,
desde suavizadores de agua para el hogar hasta
grandes instalaciones de servicios.

Síntesis
La mayor parte de los materiales de esferas
de intercambio iónico se fabrican usando un

proceso de polimerización desuspensión, que
utiliza estireno y divinilbenzeno (DVB). El
estireno y DVB, ambos líquidos en un principio,
se colocan en un reactor químico con más o
menos la misma cantidad de agua. Asimismo
está presente un agente flotador para mantener
todo disperso. El reactor químico tiene un
agitador que comienza a mezclar la solución
de agua/sustancia química orgánica. El estireno/
DVB comienza a formar grandesglóbulos de
material, y al aumentarse la velocidad de
agitación, los glóbulos se dividen en gotitas
más pequeñas hasta alcanzar un tamaño de
más o menos un milímetro. En ese momento
inicia la reacción de polimerización a través de
la adición de peróxido de benzoilo, el cual hace
que las moléculas de estireno/DVB formen las
esferas pequeñas de plástico que resultan. El
divinilbenzeno es un agenteentrecruzante que
le proporciona a las esferas su fortaleza física,
y sin el cual el estireno sería soluble en el agua.
La esfera de poliestireno-DVB necesita ser
químicamente activada para funcionar como
material de intercambio iónico. Los grupos
activados son ligados para proporcionarle
funcionalidad química a la esfera. Cada grupo
activo posee una carga eléctrica fija, la cual es
balanceada por unnúmero equivalente de iones
de carga opuesta, los cuales tienen la libertad
de intercambiarse con otros iones de la misma
carga. Las resinas catiónicas fuertes se forman
tratando a las esferas con ácido sulfúrico
concentrado (un proceso conocido como
sulfonación) para formar grupos sulfónicoácidos permanentes, de carga negativa, a través
de las esferas. Aquí es importante el hecho de
que los sitios deintercambio formados de tal
manera se encuentran ubicados a través de la
esfera. El proceso de intercambio iónico no es
un fenómeno de superficie; más del 99% de la
capacidad de un material de intercambio iónico
se encuentra en el interior de la esfera.
Las resinas aniónicas fuertes se activan
en un proceso de dos pasos que consiste en la
clorometilación seguida de la aminación. Este...