Winzige Spezialisten für die Wasseraufbereitung
Ionenaustauscher sind vielseitig einsetzbar und
- sorgen für sauberes Trinkwasser sowie
- ultrareines Wasser in Produktionsprozessen,
- schonen Spül- und Waschmaschinen im Haushalt und
- reinigen sogar Abwässer.
„Die kleinen Polymerperlen sind wahre Multitalente. Sie veredeln Trinkwasser, helfen bei der Herstellung von Lebensmitteln und Energie, schützen unsere Haushaltsgeräte und helfen, die Umwelt zu schonen.“
Hans-Jürgen Wedemeyer,
Manager Technical Marketing Water Solutions
Ionenaustauscher: kleine Alleskönner
Vor 100 Jahren wies der Chemiker Hermann Staudinger nach, dass sich kleine Moleküle zu großen Ketten- oder verzweigten Molekülen verbinden können. Diese heißen Makromoleküle. Damit schuf er die Grundlagen der Kunststoffchemie, wofür er 1953 den Nobelpreis für Chemie erhielt.
Polymere können aus Naturstoffen gewonnen werden oder wie Kunststoff rein synthetisch sein: Ihre Anwendungsmöglichkeiten sind enorm. Dazu zählen die Wasserenthärtung und -aufbereitung. Die Polymere fungieren in diesen Prozessen als Ionenaustauscher.
So wirken Ionenaustauscher bei der Wasserenthärtung
Ionenaustauscher sind in Wasser unlösliche Polystyrol- und Acrylharze in Perlenform mit einem Durchmesser von 0,25 bis 1,3 Millimeter. Bei der Herstellung erhalten sie genau definierte Eigenschaften. LANXESS verwendet verschiedene Polymere als Grundstoffe. Aus diesen werden rund 150 auf unterschiedliche Anwendungen spezialisierte Ionenaustauscher hergestellt. Sie sind entweder gelförmig oder fest mit einer porösen Struktur und können unter anderem bestimmte Ionen binden und andere dafür abgeben.
Die Wasserenthärtung funktioniert so:
- Wasser lässt sich durch das Entfernen von Calcium oder Magnesiumionen enthärten.
- An die Stelle der härtebildenden Calcium- und Magnesiumionen im Wasser treten Natriumionen, die vom Ionenaustauscher bei der Aufnahme der Calcium- und Magnesiumionen abgegeben werden.
Der Effekt: Die Wasserenthärtung verhindert somit die Bildung von Kalkablagerungen, zum Beispiel im Haushalt oder in vielen anderen technischen Anwendungen.
Zu Hause: besseres Trinkwasser, langlebigere Spülmaschinen
Das einfache Prinzip des Ionenaustauschs hat eine breite Palette von Anwendungen gefunden.
Im Haushalt gehören dazu:
- das Entfernen der Karbonathärte mit Tischfiltern – denn vielen Menschen schmeckt Tee und Kaffee aus weichem Trinkwasser viel besser; zudem verkalken Kaffeemaschinen und Wasserkocher nicht so schnell,
- das Entfernen von unerwünschten geschmacks- und geruchsbeeinträchtigenden Inhaltsstoffen im Trinkwasser,
- die Wasserenthärtung in der Spülmaschine – damit an Tassen und Gläsern keine Kalkflecken oder -ränder zurückbleiben,
- die Wasserenthärtung im Hauswasserkreislauf – um Trinkwasser zu enthärten und Haushaltsgeräte wie Waschmaschinen und Spülmaschinen vor Verkalkung zu schützen,
- eine bessere Qualität des Wassers zum Blumengießen in Haus und Garten oder fürs Aquarium.
Nahrungsmittelindustrie: edler Wein und weißer Zucker
Bei der Getränkeherstellung spielen Ionenaustauscher eine wichtige Rolle
Ionenaustauscher entfernen unerwünschte geschmacks- und geruchsbeeinträchtigende Inhaltsstoffe.
- Für die Herstellung von Limonaden wird in vielen Fällen das Trinkwasser entkarbonisiert und so die Karbonathärte herausgenommen.
- Bliebe Magnesium in hohen Konzentrationen im Bier, würde es meistens bitter schmecken.
- Auch Fruchtsäfte und Molke werden mit der Hilfe von Ionenaustauschern entsäuert oder entsalzt.
Ionenaustauscher sorgen für eine hohe Weinqualität
Um optimale Eigenschaften beim Wein sicherzustellen, werden Produkte der Marke Lewatit® eingesetzt.
Sie helfen bei der
- Weinstabilisierung,
- Geschmacksverbesserung und
- Anpassung des Alkoholgehalts.
So entsteht die unverfälschte Zuckersüße
Eine der wichtigsten Anwendungen im Lebensmittelbereich ist die Herstellung von Zucker und Glukosesirup. Wenn in der sogenannten Raffination aus Rohzucker der strahlend weiße, kristalline Feinzucker entsteht, ist dies zu einem erheblichen Teil Lewatit®-Ionenaustauschern zu verdanken, denn sie
- entfernen Salze aus den Rohlösungen, die sonst den süßen Geschmack verfälschen würden und
- entziehen die gelben bis braunen Inhaltsstoffe, die dem Rohzucker seine Farbe geben.
Ultrareines Wasser für die Elektronikindustrie
Viele Bereiche von Industrie, Forschung und Entwicklung sind auf Wasser angewiesen, das ganz besondere Reinheits- und Qualitätsanforderungen erfüllen muss. Dieses so genannte ultrareine Wasser wird zum Beispiel eingesetzt in
- der pharmazeutischen Industrie,
- der Solarindustrie,
- der Raumfahrttechnik und
- der Halbleiterproduktion.
Zu den Halbleiterbauelementen zählen Mikrochips, LCD- und OLED-Displays sowie Fotovoltaikzellen. Mit jeder neuen Generation der Bauelemente steigen die Anforderungen an die Reinheit des verwendeten Wassers. Je kleiner die Abmessungen der elektronischen Baugruppen, umso sensibler reagieren die Produktionsprozesse auf im Wasser verbliebene Ionenpartikel sowie auf gelöste organische Verunreinigungen. Nur speziell gefertigte Ultra Pure Ionenaustauscher können die immer höheren Kundenanforderungen bedienen.
Gewinnung von Batteriematerialien für Elektromobilität
Die Gewinnung von hochreinem, batteriefähigem Lithium, Kupfer, Nickel und Kobalt ist essenziell, um die Umstellung auf Elektromobilität voranzutreiben. Denn diese vier Metalle sind Bestandteile der Lithium-Ionenbatterien.Auch hier bewähren sich Ionenaustauscherharze schon länger. Lösungen der Metallionen, die bei der Raffination und Rezyklierung anfallen, werden mithilfe von selektiven Lewatit® Ionentauschern konzentriert.
Effiziente Gewinnungsprozesse führen zur ressourcenschonenden Herstellung von Batteriechemikalien. Die finale Feinreinigung der Metallkonzentrate führt zu hochreinen Batteriematerialien, die für die Herstellung von Lithium-Ionenbatterien mit hoher Kapazität und Haltbarkeit benötigt werden.
„Lithium-Ionenbatterien stellen die Hauptenergiequelle für E-Autos, E-Bikes oder E-Scooter dar und sind somit ein elementarer Faktor für die Entwicklung der Elektromobilität.“
Dirk Steinhilber,
Technical Marketing Manager
Wasseraufbereitung in Kraftwerken und Industrie
Ionenaustauscher sind unverzichtbar in den Wasserdampfkreisläufen der Kraftwerke, und zwar:
- für die Entsalzung des Rohwassers zum Kesselspeisewasser für die Dampferzeugung sowie
- für die Aufbereitung des Kondensates im Wasserdampfkreislauf.
In Kraftwerken werden Kessel eingesetzt, um Dampf zu erzeugen. Dieser wird wiederum zur Stromerzeugung genutzt. Dem Kessel wird Kesselspeisewasser zugeführt und in Dampf umgewandelt. Für die Reinheit dieses Wassers gelten in modernen Großkraftwerken hohe Anforderungen. Denn Härtebildner und Verunreinigungen, aber auch der gelöste Sauerstoff würden
- unter extremen Temperatur- und Druckbedingungen schnell zu Ablagerungen in Kesseln, Turbinen und Leitungen sowie
- zu unkontrollierbarer Korrosion der metallischen Anlagenteile führen.
Ionenaustauscher und Katalysatoren auf Austauscherbasis verhindern das. Sie leisten so einen wichtigen Beitrag zum störungsfreien Betrieb und damit zur Sicherheit der Kraftwerke.
Wasseraufbereitung für die Metallindustrie
In der galvanischen und Metall verarbeitenden Industrie werden spezielle Ionenaustauscher zur Aufbereitung metallhaltiger Abwässer eingesetzt. Beispiele dafür sind Technologien, um
- galvanische Spülwässer zu entsalzen und nach der Reinigung im Kreis zu führen,
- wertvolle Metalle aus galvanischen Spülwässern zurückzugewinnen.
Die Aufbereitung von Wasch- und Spülwässern in der Galvanoindustrie hat dazu geführt, dass sich mithilfe von Ionenaustauschern bis zu 95 Prozent Frischwasser einsparen lassen. Außerdem verbesserte sich die Qualität des Spülwassers. Lassen sich dann noch Wert- oder Edelmetalle aus den Bädern zurückgewinnen, ist dies ein weiterer wirtschaftlicher Vorteil: Aus Abfall wird Rohstoff.
Umweltschutz durch Ionentauscher
Auch bei der Sanierung von Altlasten leisten Ionenaustauscher wichtige Beiträge, nämlich:
- bei der Reinigung schwermetallhaltiger Wasser, etwa aus der Rauchgaswäsche oder aus Deponiesickerwasser,
- bei der Grundwassersanierung, bei der unter anderem Schwermetallionen, chlorierte Kohlenwasserstoffe und andere organische Verunreinigungen entfernt werden.
