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Echangeurs d’ions Fonctionnement Les groupes fonctionnels Exemples d’application Résumé http://chimge.unil.ch/Fr/ph/1ph9.htm Rappel 1: Acides et bases forts et faibles Définition selon Lewis/ Dans l’eau définition selon Bronsted: AH + B = A - + BH Acide fort Base conjuguée faible Acide 1 Base 2 Base 1 Acide 2 (Base conjugué) ( Acide conjugué) Acides forts dans l’eau : AH + H 2 O A - + H 3 O + (dissolution facile) Faible: AH + H 2 O ⇔A - + H 3 O + (équilibre chimique plutôt à gauche) Base forte Acide conjugué faible 21 Echangeurs d’ions Fonctionnement Echangeurs de cations SO 3 - COO - Les groupes fonctionnels Exemples d’application Echangeur fort: Groupe fonctionnel est un acide fort Echangeur faible: Groupe fonctionnel est un acide faible • Mesure de pH par titration • Les échangeurs forts •Peuvent être utilisés sur toute la gamme du pH •Tous les ions libres peuvent être attachés au groupe fonctionnel •Peuvent séparer des sels •Plus difficile et plus cher à régénérer Résumé • Les échangeurs faibles •Utilisation en milieu basique (par exemple en combinaison avec un échangeur d’anions) • L’affinité pour H + du groupe faible: échange plus difficile mais régénération plus facile (moins d’acide de régénération nécessaire, ainsi moins de base nécessaire pour l’élimination de l’acide dans l’eau de lavage) •Echange seulement de la quantité d’ions équivalent à l'alcalinité du bicarbonate (HCO 3- ) 22 Echangeurs d’ions Fonctionnement Exemples d’application Résumé Echangeurs d’ions Fonctionnement Exemples d’application Résumé Echangeurs d’anions Les groupes fonctionnels NR 4 Base forte: Groupement d’amine tertiaire et quartenaire Base faible: Groupements d’amine première, NR 3 NRH NH 2 secondaire et tertiaire Echangeurs d’anions Les groupes fonctionnels NR 4 Base forte: Groupement d’amine tertiaire et quartenaire Base faible: Groupements d’amine primaire, NR 3 NRH NH 2 secondaire et tertiaire • Les échangeurs forts •Type I: -NC 3 H 9 •Type II: -NC 2 H 6 -C 2 H 3 OH (un peu moins fort, donc plus facile à régénérer mais moins stable) •Elimination de sels et acides organiques •Peuvent opérer sur tout le pH •Peut dissocier les sels naturels •Régénération avec NaOH • Les échangeurs faibles • Enlève que les acides minéraux • Pas l’acide du silicium • Pas l’acide carbonique (bicarbonate HCO 3- ) • Peut être régénéré avec Na 2 CO 3 ou NH 3 (moins cher) • pH < 7 (peuvent enlever des acides forts, mais pas les faibles) 23 • Les échangeurs forts •Type I: -NC 3 H 9 •Type II: -NC 2 H 6 -C 2 H 3 0H (un peu moins fort, donc plus facile à régénérer mais moins stable) •Elimination de sels et acides organiques •Peuvent opérer sur tout le pH •Peut dissocier les sels naturels •Régénération avec NaOH • Les échangeurs faibles • Enlève que les acides minéraux • Pas l’acide du silicium • Pas l’acide carbonique (bicarbonate HCO 3- ) • Peut être régénéré avec Na 2 CO 3 ou NH 3 (moins cher) • pH < 7 (peuvent enlever des acides forts, mais pas les faibles) 24 6
Echangeurs d’ions Fonctionnement Exemples d’application Résumé Echangeurs d’ions Fonctionnement Exemples d’application Résumé La chimie des échangeurs d’ion Propriétés des échangeurs commerciaux (Résines synthétiques) Capacité Les taux d’échange (Cinétique) La Sélectivité: l’affinité pour des ions Réticulation (Structure de la particule) Durabilité physique Taux d’humidité Température Taille des particules Débit - + + - - + - + + - + + + - + + Le fonctionnement La Capacité: Nombre des groupements fonctionnels disponibles et accessibles Résine sèche: Résine humide: n° Groupements fonctionnels (meq) C = Résine sèche (g) n° Groupements fonctionnels (meq) C = Résine humide (ml) Le nombre de groupes fonctionnels (-SO 3- ou -NR 3+ ) dépend de la réticulation (augmentation de la densité de la particule avec le taux de réticulation). Mais si la résine est humide, la formation des pores inhibe cet effet. 25 26 Echangeurs d’ions Fonctionnement Exemples d’application Résumé Echangeurs d’ions Fonctionnement Exemples d’application Résumé Le fonctionnement La Capacité, réticulation et taux d’humidité Place libre pour groupe fonctionnel Réticulation http://www.chez.com/dalmeyda/cours/ch romato/Image222.gif DRY WET http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/IONEX/resins.htm 27 Le fonctionnement Le Taux d’échange est fonction de … • Sélectivité, ou affinité entre les groupes fonctionnels et les ions à éliminer • Surface de contact: Structure de la résine • Activité: Solubilité de l’acide ou de la base (fort/faible) • Concentration des groupes fonctionnels: Réticulation • Taux de diffusion des ions dans la solution: Diffusion dans la solution et le film: le temps pour arriver jusqu’à la surface Vitesse de diffusion Concentration des ions Taille et poids des ions Diffusion dans la particule: le temps d’arriver jusqu’au groupe fonctionnel Taille des micropores de la résine (réticulation) Taille et poids des ions Diffusion du « contre-ion » 28 7
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