Anwendungen des Ionenaustauschs
Übersicht

Inhalt

1. Wasseraufbereitung

1.1. Enthärtung
1.2. Entkarbonsierung
1.3. Vollentsalzung
1.4. Mischbett-Polizeifilter
1.5. Kondensatreinigung
1.6. Ultrareines Wasser
1.7. Trinkwasser

2. Zuckerindustrie

2.1. Enthärtung des Wassers zur Zuckerextraktion
2.2. Enthärtung von Rübenzuckersäften
2.3. NRS-Verfahren
2.4. Gryllus-Verfahren
2.5. Entsalzung von Zuckersäften vor deren Eindampfen
2.6. Entfärbung von Rohrzuckersäften nach deren Eindampfen
2.7. Quentin-Verfahren
2.8. Gewinnung von Zucker aus Melasse
2.9. Saccharose-Inversion
2.10. Chromatographische Trennung
2.11. Glukose-Entsalzung

3. Weitere Anwendungen in der Lebensmittelindustrie

3.1. Milchprodukte
3.2. Getränkeindustrie
3.3. Fruchtsaftbehandlung
3.4. Rückgewinnung von Polyphenolen
3.5. Zitronensäurereinigung
3.6. Aminosäuretrennung
3.7. Sorbitolentsalzung
3.8. Gelatineentsalzung

4. Anwendungen in der chemischen Industrie

4.1. Rückgewinnung oder Entfernung von Metallen
4.2. Chloralkalielektrolyse
4.3. Phenol
4.4. Reinigung von Wasserstoffperoxid
4.5. Entfernung von Aldehyden
4.6. Selektive Entfernung von verschiedenen Elementen

5. Katalyse

5.1. Alkylierung
5.2. Kondensation
5.3. Veresterung
5.4. Ethersynthese
5.5. Dehydrierung
5.6. Hydrierung

6. Pharma-Industrie

6.1. Gewinnung und Reinigung von Antibiotika
6.2. Retardierung
6.3. Ionenaustauscher als Arzneimitteln
6.4. Geschmack-Maskierung
6.5. Produktionschromatographie

7. Weitere verschiedene Anwendungen

7.1. Bergbau
7.2. Enzym-Immobilisierung
7.3. Hydrokultur
7.4. Ölentfernung durch Koaleszenz

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1. Anwendungen des Ionenaustauschs in der Wasseraufbereitung

Siehe auch die Seite (auf Deutsch) über die Grundlagen des Ionenaustauschs mit einfacher Beschreibung und den Reaktionen der Enthärtungs- und Entsalzungsverfahren. Eine weitere Seite beschreibt Regenerationsmethoden.

1.1. Enthärtung

Ein stark saurer Ionenaustauscher wird hier in der Natriumform eingesetzt. Die härtebildenden Ionen — hauptsächlich Calcium- und Magnesiumionen — werden durch Natriumionen ausgetauscht. Enthärtetes Wasser kann für verschiedene Zwecke benutzt werden:

• Wäscherei
• Heizkessel
• Niederdruck-Dampfkessel
• Textilindustrie

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite^TM IR120 Na, Amberjet^TM 1000 Na
• Amberlite SR1L Na für Trinkwasser

Qualität des aufbereiteten Wassers:
Resthärte 0,02 mval/L (0,056 °dH) mit Gegenstromregeneration

Regeneration: Salzsole (10 %ige NaCl-Lösung)

1.2. Entkarbonisierung

Wen das Wasser Hydrogencarbonat (auch Bikarbonat genannt, welches die Alkalität oder m-Wert des Wassers darstellt) enthält — dies ist der allgemeine Fall in Deutschland und im größten Teil Westeuropas — werden die mit Bikarbonationen assoziierten Calcium- und Magnesiumionen gegen Wasserstoffionen eines schwach sauren Ionenaustauschers ausgetauscht. Dies wird auch als Entfernung der Carbonathärte beschrieben. Das behandelte Wasser enthält Kohlendioxid, welches mit einem Rieseler durch Entgasung entfernt werden kann. Der Salzgehalt dieses Wassers ist niedriger als der des Rohwassers. Entkarbonisierung wird eingesetzt:

• Für die Aufbereitung des Brauwassers in Brauereien
• Für die Wasserversorgung von Gemeinden und Städten
• Zu Hause, um das für die Tee- und Kaffeezubereitung verwendete Wasser zu filtrieren, zu enthärten und teilzuentsalzen
• Als erste Stufe einer Vollentsalzung
• Für spezielle industrielle Verfahren

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite IRC86 für die Industrie
• Amberlite PWC13 für die Trinkwasserversorgung
• Imac^TM HP333 et 335 für Haushalts-Filterpatronen

Qualität des aufbereiteten Wassers:
Rest-m-Wert: sehr niedrig, da der Endpunkt 10 % des m-Werts des Rohwassers entspricht
Resthärte = Nichtkarbonathärte (= TH – m-Wert)

Regeneration: Säure (vorzugsweise HCl in 5 %iger Lösung)

1.3. Vollentsalzung

Um alle Ionen zu entfernen muss das Wasser erst durch einen Kationenaustauscher in der Wasserstoffform, dann durch einen Anionenaustauscher in der sogenannten freie Base oder Hydroxidform fließen. Alle Kationen werden durch die H⁺-Ionen des Kationenaustauschers, und alle Anionen durch die OH^—-Ionen des Anionenaustauschers ersetzt. Diese Ionen rekombinieren zu neuen Wassermolekülen (H₂O). Das behandelte Wasser enthält nur noch Spuren von Natrium und Kieselsäure.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite IRC86 (schwach saurer Kationenaustauscher)
• Amberlite IR120 oder Amberjet 1000 (stark saure Kationenaustauscher)
• Amberlite IRA96 oder IRA67 (schwach basische Anionenaustauscher)
• Amberlite IRA402 oder Amberjet 4200 oder 4600 (stark basische Anionenaustauscher)

Der Einsatz von schwachen Austauschern hängt von der Zusammensetzung des Rohwassers und mit der Größe der Anlage ab.

Qualität des aufbereiteten Wassers:
Leitfähigkeit 0,2 bis 1 µS/cm mit Gegenstromregeneration
Restkieselsäure 5 bis 50 µg/L, abhängig von der Kieselsäuremenge im Rohwasser und von den Regenerationsbedingungen.
Diese Werte sind erheblich niedriger als die mit anderen Verfahren wie Umkehrosmose oder Destillation erhalten.
Der pH-Wert entsalzten Wassers kann nicht gemessen werden, also sollte er nie als Verfahrenskontrolle benutzt werden.

Regeneration
Kationenaustauscher: starke Säure (HCl oder H₂SO₄)
Anionenaustauscher: Natronlauge (NaOH)

1.4. Feinreinigung mit Mischbett-Polizeifiltern

Wenn eine noch höhere Reinwasserqualität — praktisch chemisch reines Wasser — produziert werden muss, wird eine weitere Ionenaustauschersäule nachgeschaltet, welche einen stark sauren Kationenaustauscher und einen stark basischen Anionenaustauscher enthält. Dies nennt man einen Polizeifilter. Die Ionenaustauscherharze müssen in der Beladungsphase innigst vermischt sein, aber für die Regeneration muss man sie durch eine Rückspülung des Harzbettes hydraulisch trennen. Für Mischbette müssen deshalb Harztypen mit passender Korngröße und Dichte eingesetzt werden.

Empfohlene Harztypen:

• Amberjet 1000 oder 1500 (stark saure Kationenaustauscher)
• Amberjet 4200 oder 4400 (stark basische Anionenaustauscher)

Qualität des aufbereiteten Wassers:
Leitfähigkeit 0,055 bis 0,1 µS/cm
Restkieselsäure 1 bis 10 µg/L.
Der pH-Wert entsalzten Wassers kann nicht gemessen werden, also sollte er nie als Verfahrenskontrolle benutzt werden.

Regeneration
Kationenaustauscher: starke Säure (HCl oder H₂SO₄)
Anionenaustauscher: Natronlauge (NaOH)

1.7. Trinkwasser

Ionenaustausch ist ein Verfahren, das die selektive Entfernung von vielen einzelnen Verunreinigungen ermöglicht. Siehe die entsprechende Seite über Trinkwasser.

2. Anwendungen der Ionenaustauscher in der Zuckerindustrie

2.1. Enthärtung des Wassers zur Zuckerextraktion

Das Verfahren wurde im Abschnitt 1.1 beschrieben (Wasserenthärtung).

2.2. Enthärtung von Rübenzuckersäften

Die in Zuckersäften enthaltene Härte kann Kesselsteinablagerungen in den Wärmetauschern verursachen. Um diese Verkalkung zu verhindern, den thermischen Wirkungsgrad zu erhöhen und Energie zu sparen ist es ratsam, diese Zuckersäfte zu enthärten. Die Anlage kann dann kontinuierlich betrieben werden, und die von der ansonsten periodisch notwendigen Entkalkung verursachten Produktionsunterbrechungen fallen aus. In diesem Verfahren werden ähnliche Ionenaustauschertypen eingesetzt, wie in der Wasserenthärtung — starksaure Kationenaustauscher in der Natriumform — aber die Harze müssen für die Verarbeitung von Lebensmittelprodukten genehmigt werden, und die besonderen Konzentrations- und Temperaturbedingungen aushalten können.

Die Calcium- und Magnesiumionen in den Zuckersäften werden vor dem Eindampfen gegen die Natriumionen aus dem Kationenharz ausgetauscht. Die Enthärtung findet nach der Karbonatation statt. Meistens werden zwei oder mehrere Ionenaustauschkolonnen gebaut, damit der Betrieb pausenlos erfolgen kann.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite FPC14 Na

2.3. Das NRS-Verfahren

Eine schlaue Idee: der Ionenaustauscher wird mit einer mit Zuckerdünnsaft verdünnten Natronlaugelösung regeneriert. Calciumhydroxid ist zwar in Wasser schwerlöslich, wird aber in einer Saccharoselösung löslich. Der Regenerationsabfall wird am Anfang der Installation wieder verwendet, so dass es praktisch kein Abwasser gibt. Zusätzlich wird die Verdünnung der Säfte vermieden, da die Absüßen- und Ansüßenstufen im NRS-Verfahren nicht notwendig sind. Die Energiebilanz ist gut und führt zur Verringerung des Dampfverbrauchs.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite FPC14 Na

2.4. Das Gryllus-Verfahren

Dies ist ein älteres wirtschaftliches Verfahren, bei welchem der Kationenaustauscher mit einem "dicken" Zuckersaft (Dicksaft) regeneriert wird, welcher eine hohe Natriumkonzentration aufweist. Somit ist der Salzverbrauch gering, und es gibt wiederum keine Saftverdünnung. Das verbrauchte Regeneriermittel wird auch hier wieder verwendet.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite FPC22 Na

2.5. Entsalzung des Zuckersafts vor dem Eindampfen

Das Verfahren besteht darin, die "Nichtzucker-Verbindungen" aus dem Saft zu entfernen, um die Zuckerausbeute bei der Kristallisation zu erhöhen. Im Allgemeinen ermöglicht jedes Kilogramm an entferntem Nichtzucker eine Produktion von 1,4 kg zusätzlichen Zucker. Ansonsten ist das Prinzip das gleiche wie in der Wasserentsalzung: man verwendet einen stark sauren Kationenaustauscher und einen schwach basischen Anionenaustauscher, welche jeweils mit Säure und Natronauge regeneriert werden.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite FPC14 Na (stark sauer)
• Amberlite FPA53 (schwach basisch)

2.6. Entfärbung von Rohrzuckersäften nach deren Eindampfen

Rohrzuckerdicksäfte enthalten viele organische Stoffe, welche den kristallisierten Zucker färben und obendrein auch die Kristallisations-Ausbeute reduzieren. Bei dieser Anwendung werden stark basische makroporöse Anionenaustauscher eingesetzt, welche Verbindungen mit hoher Molekularmasse entfernen können. Diese Austauscher werden mit Natriumchlorid regeneriert. Die wirksamste Auslegung besteht aus zwei Ionenaustauschersäulen nacheinander, wobei die erste mit Acrylatharz und die zweite mit Styrolharz gefüllt sind.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite FPA98 Cl (auf Acrylatbasis)
• Amberlite FPA90 Cl (mit Styrolgerüst)

2.7. Das Quentin-Verfahren

Die Kristallisation des Rübenzuckers wird teilweise durch die im Saft anwesenden Kalium- und Natriumsalze gestört. Dies hat zur Folge, dass ein großer Teil des Zuckers nach der Kristallisation in der Melasse bleibt. Magnesium stört die Kristallisation wesentlich weniger als Kalium oder Natrium. Der Dünnsaft wird also mit einem Kationenaustauscher in der Magnesiumform behandelt. Die Natrium- und Kaliumionen werden am Austauscher gebunden und Magnesiumionen werden an den Dünnsaft abgegeben. Die Ausbeute von weißem Zucker wird damit erhöht, und weniger Melasse entsteht.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite FPC23 H (muss zuerst mit Magnesiumchlorid in die Mg⁺⁺-Form überführt werden)

2.8. Melasseentzuckerung

Dieses Verfahren beruht auf dem Prinzip des Ionenausschlusses, einer Art Chromatographie auf feinen, gleichförmigen Ionenaustauschern. Dabei werden die Nichtzucker abgetrennt und von der Melasse entzogen.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite CR1220 K

2.9. Saccharose-Inversion

Die Saccharose (gewöhnlicher Zucker) ist ein Disaccharid. In saurem Milieu wird das Molekül in zwei Monosaccharide in stoffmengengleichen Teilen gespalten: Glucose (Traubenzucker) und Fructose (Fruchtzucker). Der Invertzucker hat eine höhere Süßkraft als Saccharose (1,15 gegen 1,0) und kristallisiert nicht so leicht, was für gewisse Produkte der Lebensmittelindustrie wichtig ist. Die Inversion wird dadurch erreicht, dass ein Zuckersirup durch einen wenig vernetzten stark sauren Kationenaustauscher in der H⁺-Form fließt.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite FPC12 H

2.10. Chromatographische Trennung

Da Fructose eine höhere Süßkraft als Glucose besitzt (ca. 1,3 gegen 0,7) ist es vorteilhaft, Invertzuckersäfte mit Fructose anzureichern. Der Saft fließt durch eine Kolonne von feinem gleichförmigem Kationenaustauscher. Dabei bewegt sich die Fructose langsamer als die Glucose, und Fraktionen werden getrennt. Die an Fructose reiche Fraktion wird für ihren wirtschaftlichen Wert zurückgewonnen und die Glucosefraktion wird entweder als Glucosesirup verkauft, oder in einem enzymatischen Verfahren isomerisiert, um mehr Fructose zu gewinnen.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite CR1320 Ca

2.11. Glucoseentsalzung

Das Prinzip ist das gleiche wie bei der Wasser- oder Zuckersaftentsalzung. Wegen der hohen Temperatur und der Konzentration der Säfte müssen besonders stabile Ionenaustauschertypen eingesetzt werden.

Empfohlene Harztypen:

• Dowex^TM 88 (stark saurer Austauscher)
• Dowex 66 (schwach basischer Austauscher)

3. Weitere Beispiele in der Lebensmittelindustrie

3.1. Entsalzung von Molke

Molke, ein Nebenprodukt der Käseherstellung, enthält Proteine und wird in verschiedenen Lebensmittelprodukten eingesetzt. Zur Erhöhung ihrer Reinheit wird die Molke entsalzt. Das Verfahren ist das gleiche wie für Wasser und Zuckersäfte.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite FPC14 (stark sauer)
• Amberlite FPA51 (schwach basisch)

3.2. Getränkeindustrie

In diesem Bereich gibt es mehrere Anwendungen:

• Aufbereitung des Wassers für Bier und Soda (siehe Kapitel 1)
• Entsäuerung mit Amberlite FPA51 (schwach basisch)
• Entfernung von Metallen
• Entfernung von unerwünschten Geschmäcken und Gerüchen
• Entfernung von Farbe und Trübung mit nichtionogenen Adsorberharzen

3.3. Fruchtsaftbehandlung

• Entsäuerung mit Amberlite FPA51 (schwach basisch)
• Entbitterung von gewissen Orangensäften mit einem Adsorberharz, Amberlite FPX66
• Entfärbung mit einem Adsorberharz.

3.4. Rückgewinnung von Polyphenolen

Polyphenole werden heute für ihre antioxydierenden Eigenschaften gerühmt. Sie sind in verschiedenen Früchten, insbesondere in roten Trauben enthalten. Anthocyane, eine Art von Polyphenolen, werden als natürliche Farbstoffe eingesetzt und aus Traubenmost rückgewonnen.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite FPX68 (nichtionogener Adsorber)

3.5. Zitronensäure

Zitronensäure wird als Konservierungsmittel in vielen industriellen Lebensmitteln gebraucht. Sie wird aus Fermentationsbrühen gewonnen, und durch Entsalzung gereinigt.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite FPC22 H (stark sauer)
• Amberlite FPA51 (schwach basisch auf Styrolbasis) oder FPA54 (schwach basisch auf Phenolbasis)

3.6. Aminosäuren

L-Lysin und weitere essentielle (vom menschlichen Organismus nicht synthetisierte) Aminosäuren werden durch Fermentation hergestellt, und aus der Fermentatiionsbrühe mit einem Kationenaustauscher in der Ammoniumform isoliert.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite FPC14 (stark sauer)

3.7. Sorbitolentsalzung

Sorbitol ist ein Polyol. Es wird als Süßungsmittel und Weichmacher gebraucht, zum Beispiel in Kaugummi. Es kann durch Hydrierung der Glucose oder durch enzymatische Verfahren hergestellt werden. Oft muss Sorbitol anschließend entsalzt werden.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite FPC22 (stark sauer)
• Amberlite FPA51 (schwach basisch)
• Amberlite FPC52 + FPA90 in Polizeimischbetten

3.8. Gelatineentsalzung

Gelatine wird durch Verarbeitung des in Schweinehaut und -Knochen Kollagens gewonnen. Zur Erhöhung des Reinheitsgrads muss die Gelatine entsalzt werden.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite FPC14 oder FPC22 (stark sauer)
• Amberlite FPA53 (schwach basisch auf Acrylatbasis)

4. Anwendungen in der chemischen Industrie

4.1. Rückgewinnung bzw. Entfernung von Metallen

In der Galvanik können Metalle aus Lösungen und Bädern entfernt oder zurückgewonnen werden:

• Goldrückgewinnung in Form seiner Cyanokomplexe mit Amberlite IRA402 in industriellen Vergoldungsanlagen
• Recycling des Spülwassers in der Galvanik mit Amberlite 252 (Entfernung der Kationen), IRA96 (Chromatentfernung) und IRA410 (Cyanidentfernung)
• Entfernung von Kupfer und Eisen in Verchromungsanlagen mit Amberlyst 15Wet
• Rückgewinnung von Chromsäure in Verchromungsanlagen mit Amberlite IR120 und Amberlite IRA96
• Eisenentfernung aus Galvanikbädern (Verzinken) mit Amberlite IRC748
• Reinigung der Metallbeizbäder durch Entfernung von Zink und Eisen mit Amberlite IRA402. Die Elution (Regeneration) erfolgt einfach nur mit Wasser.

Weitere Beispiele:

• Rückgewinnung von Silber als Thiosulfatkomplex aus Photobädern mit Amberlite IRA67 oder IRA402
• Entfernung von Quecksilber in verschiedenen Industrien mit dem hochselektiven Austauscher Ambersep^TM GT74
• Cadmium kann mit demselben Harz entfernt werden
• Rückgewinnung von Kupfer- und Vanadiumkatalysatoren bei der Produktion von Adipinsäure (einem Vorläufer von Nylon) mit Amberlyst^TM 40Wet

4.2. Herstellung von Chlor und Natronlauge

Diese Chemikalien werden durch Elektrolyse einer Natriumchloridsole hergestellt (Chloralkalielektrolyse). In diesem Verfahren sind divalente Metalle (insbesondere Calcium) sehr störend und müssen entfernt werden. Zur Entfernung dieser Metalle wird ein chelatbildender, selektiver Austauscher eingesetzt. Die damit durchgeführte Enthärtung erniedrigt die Anfangskonzentration des Calciums von 10 bis 20 mg/L auf einen sehr kleinen Wert von 20 µg/L und weniger.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite IRC747 wenn Strontium nicht entfernt werden muss
• Amberlite IRC748 wenn neben Calcium auch Strontium entfernt werden muss

4.3. Phenol

Zwei Anwendungen:

• Entfernung von Schwefelsäure und organischen Säuren bei der Phenolproduktion. Ein schwach basischer Anionenaustauscher mit Phenol-Formaldehyd-Gerüst wird dazu eingesetzt.
• Entfernung von Phenol aus industriellen Abwässern mit Hilfe eines nichtionogenen Adsorberharzes. Die Elution (Regeneration) erfolgt mit Aceton.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlyst A23 zur Entsäuerung
• Amberlite XAD4 zur Entfernung von Phenol aus Abwässern

4.4. Reinigung von Wasserstoffperoxid

Ionenaustauscher und Adsorberharze werden bei zwei verschiedenen Verfahren eingesetzt:

• Entfernung von Anthrachinonderivaten; diese sind organische Verbindungen, welche mit einem nichtionogenen Adsorber entfernt werden können. Die Regeneration erfolgt hier mit Methanol.
• Entfernung von Metallspuren, insbesondere von Eisen, mit einem stark sauren Ionenaustauscher. Die Behandlung wird bei hoher spezifischer Belastung durchgeführt.

In beiden Fällen erhält man eine hervorragende Qualität: der "Schlupf" beträgt nur einige µg/L. Vorsicht: da Wasserstoffperoxid ein extrem starkes Oxidationsmittel ist sind bei beiden Verfahren sehr strenge Sicherheitsmaßnahmen erforderlich.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite XAD4 für organische Verunreinigungen
• Amberlyst 15Wet für Metalle

4.5. Entfernung von Aldehyden

Stark basische Anionenaustauscher in der Bisulfit Form können Aldehyden von wässrigen Lösungen entfernen. Der Aldehyd bildet ein Additionsprodukt mit dem Bisulfit. Hier der Baispiel von Formaldehyd:

R⁺HSO₃^– + HCHO —> R⁺HOCH₂SO₃^–

Der Austauscher wird mit einer 5 %igen Lösung von Natriumhydrogensulfit (NaHSO₃) regeneriert.

4.6. Selektive Entfernung verschiedener Elemente

Ich habe ein periodisches System der Elemente (Mendelejev-Tabelle) erstellt, das einige Daten über die selektive Entfernung verschiedener Ionen (hauptsächlich Metallionen) mit Hilfe von Ionenaustauscherharzen enthält.

5. Heterogene Katalyse

Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Die Mehrzahl chemischer Reaktionen, besonders in der petrochemischen Industrie, wo in der Vergangenheit eine Mineralsäure als Katalysator eingesetzt wurde, werden heute mit stark sauren Kationenaustauschern in der H⁺-Form katalysiert. Der entscheidende Vorteil der Harze besteht darin, dass man am Ende der Reaktion den — festen — Katalysator restlos ausfiltrieren kann. Diese Harze arbeiten unter schwierigen Bedingungen, oft bei hoher Temperatur (130 bis 170 °C), und müssen die höchstmögliche Azidität aufweisen.

Einige Beispiele werden hier angegeben:

5.1. Alkylierung

Produkt	Octylphenol
Edukte	Octan + Phenol
Katalysator	Amberlyst 15Dry
Temperatur	100 – 120 °C

5.2. Kondensation

Produkt	Bisphenol A
Edukte	Aceton + Phenol
Katalysator	Amberlyst 131
Temperatur	60 - 80 °C

5.3. Veresterung

Produkt	Dimethyl Maleat
Edukt	Maleinsäure-Anhydrid
Katalysator	Amberlyst 46
Temperatur	110 °C

5.4. Ethersynthese

Produkt	Methyl-tertiär-butyl Ether (MTBE)
Edukte	Isobutylen + Methanol
Katalysator	Amberlyst 35
Temperatur	40 – 80 °C

5.5. Dehydrierung

Produkt	Isobutylen
Edukt	Isobutanol
Katalysator	Amberlyst 35
Temperatur	70 – 80 °C

5.6. Hydrierung

Produkt	Methyl-Isobutylketon (MIBK)
Edukt	Aceton
Katalysator	Amberlyst CH28 (mit Palladium dotiert)
Temperatur	130 – 140 °C

6. Pharmazeutische Industrie

Die Anwendungen der Ionenaustauscher und Adsorberharze in der Pharmaindustrie sind vielfältig und komplex. Da diese Industrie in der Regel nur unter Betriebsgeheimnis arbeitet, sind nur wenige Einzelheiten bekannt. Einige Beispiele können jedoch genannt werden:

6.1. Gewinnung und Reinigung von Antibiotika

Das Verfahren wird bei mehreren Antibiotikatypen angewendet. Es handelt sich dabei um die Isolierung und Reinigung derselben nach deren Gewinnung aus Fermentationsbrühen zu reinigen. Beispiele sind Streptomycin, Gentamycin, Cephalosporin, Tetracyclin.

Empfohlene Harztypen:

• Amberlite XAD1600 (nichtionogener Adsorber auf Styrolbasis)
• Amberlite XAD7HP (nichtionogener Adsorber auf Acrylatbasis)

6.2. Retard-Formulierungen

In der Galenik werden hochreine gemahlene Ionenaustauscherharze eingesetzt. Die Aktivstoffe werden auf dem Pulverharz immobilisiert und werden dann im menschlichen Organismus langsamer freigesetzt (Retardwirkung), als im Vergleich hierzu Aktivstoffe, die ohne diese Hilfsmittel verwendet werden.

Harztypen:

• Amberlite IRP64 (schwach sauer)
• Amberlite IRP69 (stark sauer)
• Amberlite IRP88 (schwach sauer in Kaliumform)
• Duolite^TM AP143 (stark basisch)

6.3. Ionenaustauscher als Arzneimittel

Die gleichen Harztypen werden auch direkt als arzneilich wirksame Bestandteile im Medikament gebraucht. Selbstverständlich müssen sie dann extrem strikten Normen entsprechen und von den Gesundheitsämtern zugelassen sein. Hier zwei Beispiele:

• Cholestyramin wird zur Senkung des Cholesterolspiegels verwendet. Es besteht aus verpulvertem, stark basischen Ionenaustauscherharz in der Chloridform.
• Polacrilin Potassium dient zur Regulierung der Kaliumkonzentration im Blut, und besteht aus fein gemahlenem, schwach sauren Ionenaustauscherharz mit einem methacrylischen Gerüst.

Harztypen:

• Duolite AP143 (Cholestyramin)
• Amberlite IRP88 (Polacrilin Potassium)

6.4. Geschmacks-Maskierung

Ähnliche Ionenaustauscherharze werden zur Maskierung eines unangenehmen Geschmacks eines Arzneimittels gebraucht.

6.5. Produktions-Chromatographie

Die feine präparative chromatographische Trennung von pharmazeutischen Verbindungen kann mit Hilfe von Ionenaustauscherharzen mit sehr kleiner Korngröße erfolgen, an Stelle von Silicagel oder anderen Trägersubstanzen.

Empfohlene Harztypen:

• Eine ganze Reihe von Spezialprodukten mit dem Markennamen Amberchrom^TM.

7. Weitere verschiedene Anwendungen

7.1. Bergbau

Eine der wichtigsten Anwendungen, bei welcher Tausende von Kubikmetern Ionenaustauscher zum Einsatz kommen, ist die Urangewinnung. Das gebrochene Erz wird mit Schwefelsäure ausgelaugt, welche das Uran als Uranylsulfat in Lösung bringt und somit freisetzt. Diese saure Lösung fließt dann durch stark basische Anionenaustauschersäulen. Das Harz weist eine hohe Affinität für den Uranylsulfatokomplex auf.

Empfohlene Harztypen:

• Amberjet 4400
• Ambersep 920U

7.2. Enzym-Immobilisierung

In enzymatischen Reaktionen ist es vorteilhaft, das Enzym auf einem Träger zu immobilisieren, statt es direkt dem Reaktionsmilieu zuzufügen. Ionenaustauscherharze sind für diese Anwendung besonders gut geeignet.

Empfohlene Harztypen:

• Amberzyme^TM oxirane
• Duolite A568 (schwach basischer Anionenaustauscher auf Phenol-Formaldehydbasis)

7.3. Hydrokultur

Kationen- und Anionenaustauscherharze werden zur Immobilisierung von Düngersubstanzen eingesetzt, welche für die hydroponische Pflanzenkultur notwendig sind: Ammonium, Kalium, Eisen, Zink (Kationen) sowie Nitrat, Phosphat (Anionen). Oligoelemente werden ebenfalls auf die Harze geladen. Diese Technik ermöglicht eine langsame Freisetzung der Düngerkomponenten, und verhindert eine Überdosierung.

Weitere Einzelheiten hier (Englisch) oder hier (Französisch).

Empfohlene Harztypen:

• Lewatit^TM HD50

7.4. Ölentfernung durch Koaleszenz

Für die Entfernung von Ölspuren aus Kondensaten und anderen kontaminierten Lösungen wird ein spezielles Harz mit oleophiler Funktionalität verwendet. Das Wasser fließt nach oben durch das Harzbett. Öltröpfchen werden an der Oberfläche der Harzperlen gebildet, und wenn sie eine kritische Größe erreichen, fließen sie bis zum Kopf der Säule. Das Verfahren erfordert keine Regeneration, nur ein gelegentliches Waschen.

Eingesetzter Harztyp:
Amberlite^TM ROC110

Das "b" Ende auf dem kleinen Bild stellt den oleophilen Teil der Aktivgruppe dar. Das andere Ende "a" ist mit der Harzstruktur gebunden.

 

Warenzeichen

Amberjet, Amberlite, Ambersep, Amberlyst, Amberchrom, Amberzyme, Dowex, Duolite und Imac sind Marken der Ionenaustauscher und Adsorberharze der Firma Dow-DuPont.
Lewatit ist eine Ionenaustauschermarke von Lanxess.