이온교환수지

요약 이온교환을 할 수 있는 이온을 지닌 불용성 합성수지이다. 양이온교환수지·음이온교환수지가 있으며 그밖에 양쪽성수지·전자교환수지·킬레이트수지 등이 있다.

1935년 영국의 B. A. 애덤스와 F. L. 홈스는 다가(多價)페놀과 폼알데하이드를 축합시킨 수지가 양이온을, 또 m-페닐렌다이아민과 폼알데하이드를 축합시킨 수지가 음이온을 교환하는 것을 발견하였다. 그리고 이 수지에 의해서 물속에 있는 각종 이온을 제거할 수 있다는 사실이 밝혀졌는데, 그후 독일 및 미국 등에서 계통적 연구 및 공업적인 규모로 생산이 시작되었다.

제2차 세계대전 중 독일에서는 보파치트에서의 물의 정제, 인조견공장에서의 구리·암모니아 회수, 사진폐액으로부터의 은 회수 등에 이용하였으며, 미국에서는 핵분열 생성물·초우라늄원소·회토류원소 등의 분류에 성공하였다. 예를 들면, 물의 정제에서는 그때까지 얻을 수 없었던 전도도수(傳導度水:극히 순수한 물이며, 가장 순도가 높은 것은 0.05×10^-6mho·cm^-1의 전기전도도를 지닌다)를 쉽게 얻을 수 있게 되었고, 각종 물질(아미노산·항생물질 등)의 정제가 용이하게 되었으며, 이온교환막이 개발되어 전기화학적으로 중요한 역할을 한다.

성질

색깔은 백색·황색·오렌지색·갈색·흑색 등이며(이밖에 염색한 것도 있다), 일반적으로 반투명 또는 투명한 물을 흡수한 작은 알갱이 또는 부정형(분쇄한 것)이다. 크기는 입자의 지름이 0.4∼0.6mm이고, 비중은 겉보기로 0.6∼0.9, 물을 흡수하면 1.2∼1.4이다. 일반적으로 고분자인 다가(多價)의 산 또는 염기로 간주할 수 있는데, 이들이 치환하는 기(基)의 성질에 따라 강한 산·강한 염기 등의 성질을 보인다.

〈양이온교환수지〉 ⑴ 강한산형:이온교환을 하는 기로서 술폰산기 －SO₃H를 가지는 것이다. 넓은 pH 영역에 걸쳐서 양이온교환이 가능하다. 경수(硬水)의 연화, 순수의 제조 등에 강한 염기인 것과 병용하며, 가장 널리 사용된다. ⑵ 약한산형:카르복시기 －COOH를 가지는 것으로 능력이 크고, 재생이 가능하다.

〈음이온교환수지〉 ⑴ 강한염기형:4급 암모늄염기로서 R₄NOH형인 것. 강한 염기성을 지니며, 넓은 pH 영역에 걸쳐서 음이온교환이 가능하다. ⑵ 약한염기형:1급·2급·3급의 아미노기를 가지며, 염기성은 약하나 능력이 크고 안정하다.

이온교환수지는 각각 다음과 같은 중화반응·중성염분해·복분해(複分解) 등을 보인다(단, R는 수지의 모체).

      ① R－H＋NaOH ↔ R－Na＋H₂O
      ② R－H＋NaCl ↔ R－Na＋HCl
      ③ R－Na＋KCl ↔ R－K＋NaCl
      ④ R－OH＋HCl ↔ R－Cl＋H₂O
      ⑤ R－OH＋NaCl ↔ R－Cl＋NaOH
      ⑥ R－Cl＋NaBr ↔ R－Br＋NaCl

이들 중 ②와 ④를 조합하면 해수의 탈염이 가능하다. 이밖에 양쪽성 이온교환수지가 있는데, 이것은 양·음의 이온을 동시에 교환할 수 있다.

용도

불순물 이온의 제거(純水) 제조, 경수 연화, 수크로오스·물엿·알코올·유지·가스 등의 정제, 포르말린 속의 포름산 제거, 각종 이온의 분리 추출(회토류원소·초우라늄원소 등의 분리추출, 비타민·알칼로이드·아미노산 등의 추출 정제) 외에 미량물질의 정량(定量), 이온의 치환(置換) 또는 촉매, 크로마토그래피 분석 방면에도 응용되는 등 그 용도가 매우 광범위하다.