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Les échangeurs d'ions sont des macromolécules insolubles (résine) comportant des groupements ionisables ayant la propriété d'échanger de façon réversible certains de leurs ions au contact d'autres ions provenant d'une solution.
Le principe des systèmes échangeurs d'ions consiste à échanger le cation central d'un complexe pour en former un autre, dont la stabilité dépend des conditions opératoires (concentration, numéro atomique de l'élément).
Des échangeurs d'ions naturels (comme la zéolithe naturelle) existent mais les résines échangeuses d'ions utilisées (y compris les zéolithes), sont souvent synthétiques : un polymère est modifié de telle façon que des groupes ioniques soient présents sur ses chaînes.
Si la résine est échangeuse de cations, le polymère attire les ions positifs par la présence de groupes chargés positivement mais ayant un potentiel d'électronégativité plus fort que celui du composé dans l'eau.
Il existe également des procédés électrolytiques d'échange d'ions mettant en œuvre des membranes semi-perméables plus ou moins fines. De telles membranes sont par exemple utilisées dans le procédé chlore-alcali, les piles à combustible et les batteries redox vanadium.
Les échangeurs d'ions sont utilisés d'une façon générale pour modifier la concentration et la composition ionique d'une solution et notamment :
L'utilisation d'échangeurs d'ions est à la base d'une méthode chromatographique mise au point pour des ions métalliques par Franck Arold Spedding (1940), chimiste américain né en 1902. Il utilisa cette méthode pour purifier les terres rares et séparer des isotopes. Il obtint l'isotope 15 de l'azote (15N) et permit la découverte du prométhium.
Le site de François de Dardel présente un ensemble important d'informations structurées et exhaustives sur les échangeurs d'ions et leurs applications :
http://dardel.info/IX/index_FR.html (en français, anglais, allemand et espagnol).
François de Dardel est un expert international en procédés industriels d'échanges d'ions pour toutes applications.
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