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イオン交換樹脂とは

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イオン交換樹脂とは、いろいろな不純物が浮遊している水の中に入れて、 自らの電荷と同種のイオンを取り込ませる樹脂のことです。 濾過のように不純物を物理的に除去する方法とは異なり、 イオンの電荷を工夫することで様々な種類のイオンを除去できます。

主な用途は硬水の軟水化、純水や超純水の製造、薬品・アミノ酸・ビタミンなどの精製などで、多岐にわたる分野で採用されています。 主にスチレンとジビニルベンゼン(DBV)を共重合させた母体(ポリマー)に 官能基を導入したものとなります。 母体には、その他にアクリル酸・メタクリル酸を用いるものもあります

外観は一般的にビーズ状の粒子で、 直径0.3mm〜1.25mmと粒度分布を持った不均一粒径の樹脂と 粒径をそろえた均一粒径樹脂があります。

ゲルタイプとマクロポーラスタイプ

イオン交換樹脂は、スチレン系の母体に各官能基をプラスしたもので、 スチレン骨格は架橋して網目状の高分子となり、ゲル(架橋体)状を呈します。

イオン交換樹脂の形状は主にゲルタイプとマクロポーラスタイプの2種類があります。 マクロポーラスタイプは無数の穴が無数に空いているポーラス(有孔)構造をしています。 ゲルタイプは小さなイオンも逃さずキャッチする特性があります。 逆にポーラスタイプは比較的大きめの分子をキャッチでき、耐酸化、耐薬品性にも優れます。

イオン交換樹脂の種類について

イオン交換樹脂にはさまざまな種類があります。 現在BBnetで扱っているAMP・IONEX SCG NA(カチオン交換樹脂)はスルホ基を官能基とし、 交換容量は2.0以上と非常に優れた製品です。

最高使用温度は120℃ですが、ゲル状で水分を多く含むため、開封後の乾燥に注意が必要です。 それでは、イオン交換樹脂の種類について細かく解説します。

交換基 化学性 母体 構造
カチオン交換樹脂
(プラスイオン)
スルホ基 弱酸性 スチレン系 ゲル&ポーラス
カルボキシル基 弱酸性 スチレン系 ゲル&ポーラス
アニオン交換樹脂
(マイナスイオン)
4級アンモニウム基 強塩基性 スチレン系 ゲル&ポーラス
4級アンモニウム基 スチレン系 ゲル&ポーラス
3級アミン 弱塩基性 スチレン系 ゲル&ポーラス
4カルボン酸 アクリル系 ゲル&ポーラス

カチオン交換樹脂(陽イオン交換樹脂)とは

カチオン交換樹脂のカチオンは、プラスイオン、陽イオンのことです。 つまりカチオン交換樹脂とは、陽イオン交換樹脂を指します。 イオン交換樹脂にはいくつかの種類があり、 その中にはマイナスイオン交換樹脂(アニオン、陰イオン)を含むものも存在します。

イオン交換樹脂は、樹脂の表面に官能基と呼ばれる修飾があり、 そこに導入されたイオンによって性質を異にします。 カチオン交換樹脂は、プラスイオン(陽イオン)を導入したイオン交換樹脂です。

カチオン交換樹脂の特性

カチオン交換樹脂にはどのような特性があるのかを解説します。 カチオン交換樹脂は、スルホ基(SO3-)やカルボキシル(COO-)基などの酸性官能基を多く含んでいます。

強酸性カチオン交換樹脂とは

強酸性のカチオン交換樹脂は、スルホ基(SO3-)を官能基として持っています。 樹脂内部にはマイナスの固定イオンがあり、表面に酸性官能基を導入、 プラスイオンが装飾されます。 そこで水溶液中のCaやMgなどのプラスイオンとカチオン交換樹脂のプラスイオン同士の 交換が可能になります。

弱酸性カチオン交換樹脂とは

弱酸性のカチオン交換樹脂は、カルボキシル基(COO-)を官能基としてもっています。

アニオン交換樹脂(陰イオン交換樹脂)とは

官能基に4級アンモニウム基をもった強塩基性陰イオン交換樹脂と 官能基に3級アンモニウム基をもった弱塩基性陰イオン交換樹脂の2種類があり、 溶液中のCl、NO3等の陰(-)のイオンを自身の保有しているイオンと交換します。 一般的に販売時のイオン型はCl型となります。

混床樹脂(カチオン/アニオン樹脂混合品)とは

H型のカチオン樹脂とOH型のアニオン樹脂を混合したタイプです。 原水中の不純物を自身の持つイオン(H/OH)とイオン交換する事で 純水・超純水グレードの水を製造可能です。

イオン交換樹脂の持つ選択性とイオンの分離

イオン交換樹脂は選択性を持っています。 ここでは代表的な例として、強酸性イオン交換樹脂の選択性について紹介します。 強酸性イオン交換樹脂をカラムと呼ばれる細いガラス管に詰め、 そこにAL3+(アルミニウムイオン)、Ca2+(カルシウムイオン)、Na+(ナトリウムイオン)を含む水を流します。 すると吸着しやすいイオンから順に、AL3+、Ca2+、Na+の吸着帯ができ、 最後に水素イオンが残ります。 この特性を「選択性」と呼びます。 選択性を利用することで、イオン交換樹脂をイオンの分離に活用することも可能です。

イオン交換樹脂の再生能力

イオン交換樹脂は交換基の数によってイオン交換できる数が決まっており、これを総交換容量と呼んでいます。この総交換容量を超えると原水中の除去対象となっているイオンと 交換する事ができなくなります。

この時に再生剤を使用する事で樹脂のイオン型を元の状態に戻す事が出来ます。 この作業を「再生」と呼びます。 カチオン樹脂、アニオン樹脂それぞれに使用される主な再生剤です。

 <カチオン樹脂>
 Na型に再生:食塩(NaCl)水を再生剤として使用。
 H型に再生:塩酸(HCl)を再生剤として使用。
 
 <アニオン樹脂>
 Cl型に再生:食塩(NaCl)水を再生剤として使用。
 OH型に再生:苛性ソーダ(NaOH)を再生剤として使用。

繰り返し使用できるため、サスティナブルな社会作りにも適応します。

イオン交換樹脂の応用

イオン交換作用は大変便利なため、さまざまなことに応用されています。

・純水、超純水の製造
・硬水の軟水処理
・薬品・アミノ酸・ビタミンなどの精製
・アルコールや油脂の精製
・排水中の重金属の除去
・糖類の脱塩
その他

BBnetで扱う強酸性プラスイオン(カチオン)交換樹脂

BBnetで取り扱っている強酸性カチオン交換樹脂は、AMP・IONEX SCG NAという製品名です。 ゲル状で、イオンの交換容量が高く、交換速度にも優れています。 原理としては、イオンの交換容量と交換速度はイオン交換樹脂を製造する際に 加える架橋剤の量によって異なります。

交換容量は、架橋度が高くポーラス(多孔質)性の低いイオン交換樹脂の方が大きくなります。 交換速度は、架橋度が低くポーラス(多孔質)性の高いイオン交換樹脂の方が速くなります。

つまり交換容量と交換速度は相反する特質で、 どちらも優れているAMP・IONEX SCG NAは高品質なイオン交換樹脂であると言えます。

また機械的にも科学的にも安定しており、再生効率も高く、 軟水装置や純水装置などのイオン交換装置に適しています。 工業用に便利な25L入りと、コンパクトな5L入りを販売中です。

AMP・IONEX SCG NA 強酸性プラスイオン(カチオン)交換樹脂 ゲル型 25L入り
AMP・IONEX SCG NA 強酸性陽イオン(カチオン)交換樹脂 ゲル型 5L入り

BBnetの強酸性プラスイオン(カチオン)交換樹脂はイオン交換作用に優れています

BBnetで取り扱っている強酸性カチオン交換樹脂は、 交換容量と交換速度に優れ、再生効率も高い高品質のイオン交換樹脂です。

強酸性カチオン交換樹脂は、水に含まれる不純物のイオンを吸着し、 代わりに水素イオンを放出するという特性を持っています。 これはイオン交換樹脂が持ち、自然界の浄化作用の一つとしても知られる 【イオン交換作用】を利用したものです。

またイオン交換樹脂は再生作用があり、BBnetの強酸性カチオン交換樹脂は高い再生効率を誇ります。 イオン交換樹脂は純水・超純水を作り出すことができ、 精密機器や液晶などの工業をはじめ、 医薬品や栄養素の精製や医療、食品生産などに大きく役立っています。

高品質な強酸性カチオン交換樹脂は、環境に配慮する美浜株式会社のECサイト、BBnetでお求めください。

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