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Las aplicaciones de la técnica de intercambio iónico, tanto en investigación como en procesos industriales, se han incrementado espectacularmente en los últimos años.

En los siguientes apartados, se detallarán algunas de las aplicaciones más importantes del intercambio iónico, diferenciando las aplicaciones con una mayor tradición (y por lo

138. M. Nativ, S. Goldstein and G. Schmuckler, Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry (1975), 37, 1951-1956 139. A.I. Kalinichev et al., Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry (1981), 43, 787-789

140. J.L. Cortina et al., Reactive and Functional Polymers (1998), 38, 269-278

tanto con una mayor implementación en la industria) de aquellas más novedosas (y que en consecuencia se encuentran más cercanas a la investigación y en algún caso en desarrollo).

1.10.5.1 Aplicaciones tradicionales del intercambio iónico

Existen dos claras aplicaciones tradicionales del intercambio iónico: la purificación y la separación de electrólitos. La mayoría de estas aplicaciones tradicionales se caracterizan por desarrollarse en medio acuoso, aunque también existen aplicaciones concretas en otro tipo de medios.

El uso del intercambio iónico para la obtención de sustancias puras tiene varias características que lo diferencian de otros métodos de purificación (como la rectificación o la cristalización), y que hacen de esta técnica la más apropiada en la separación y concentración de impurezas iónicas. Sin embargo, las sustancias a purificar pueden ser a su vez contaminadas por impurezas procedentes del propio intercambiador iónico o del disolvente. Los contaminantes, iónicos o no-iónicos, incluyen compuestos orgánicos solubles en agua, partículas y coloides, etc., y deben ser eliminadas aplicando técnicas de purificación auxiliares.

De manera más detallada, las principales aplicaciones clásicas del intercambio iónico son:

- Purificación de electrólitos débiles o no electrólitos en mezclas de electrólitos fuertes. Las especies electrolíticas pueden ser fácilmente separadas de otras que

no lo sean por el simple paso de la disolución a través de un intercambiador iónico. Así por ejemplo, sustancias ácidas pueden ser fácilmente separadas de agua u otros solventes por simple tratamiento con un intercambiador aniónico en forma OH-_,

captando la resina el contraión y neutralizando los OH- _{a los H}+ _{del medio. El mismo}

proceso puede ser aplicado en la separación de especies básicas, mediante el tratamiento de la disolución con un intercambiador catiónico en forma H+_{. En}

ambos casos, la sustancia purificada (no-electrólito) no interacciona con el intercambiador, mostrando la resina una afinidad muy elevada hacia la impureza electrolítica. Dentro de este grupo podríamos nombrar como ejemplo la ultradesmineralización del agua, la purificación de solventes no acuosos, purificación de compuestos de freón de ácidos hidrohalogenados, etc.

- Purificación de electrólitos de especies también electrolíticas. Los procesos de

purificación por intercambio iónico que se engloban dentro de este grupo son descritos en términos de factor de separación (α), puesto que ambas sustancias (impureza y producto) interaccionan con el intercambiador. En función de cual sea la especie con mayor afinidad por la resina, y la cantidad de analitos a separar/purificar, pueden ser aplicadas diferentes técnicas.

o Separación frontal. Este procedimiento de separación se lleva a cabo cuando

las impurezas presentan una mayor afinidad por el intercambiador que la especie de interés. De este modo la impureza queda retenida en la columna. Este proceso es utilizado en la ultrapurificación de ácidos y bases, en la ultrapurificación de sales142_{, etc.}

o Separación frontal reversa. Este tipo de separación es aplicable en los casos

en los que el intercambiador presenta una baja afinidad por la especie que se encuentra impurificando a la disolución de producto. Así pues, el ion que nos interesa quedará retenido fuertemente, para después ser recuperado sin impurezas mediante la circulación a través de la columna de un agente desplazante por el que el intercambiador presenta una mayor afinidad.

o Cromatografía de desplazamiento. Esta técnica de separación se basa en la

combinación simultánea de las técnicas de separación frontal y separación frontal reversa. La combinación de estas dos técnicas permite la purificación de un analito A de impurezas con mayor y menor afinidad que él por el intercambiador. Esta técnica es utilizada por ejemplo en la separación y purificación de lantánidos o en la obtención de compuestos de litio de elevada pureza.

1.10.5.2 Nuevas aplicaciones del intercambio iónico

Las tecnologías de intercambio iónico ofrecen potencialmente un gran número de nuevas aplicaciones. Muchas de estas nuevas aplicaciones han demostrado ya, por lo menos a nivel de laboratorio, su gran valía. El problema, como sucede no solo en la industria química sino en tantas otras industrias, es la dificultad en implementar estas nuevas tecnologías, pues las inversiones iniciales son considerables. Algunos ejemplos de nuevas aplicaciones de este tipo de materiales serían:

- Remineralización de suelos. La idea del uso de mezclas de intercambiadores

iónicos saturados con iones de elementos biogénicos como medio de nutrición para plantas proviene de la observación directa de las propiedades de estos intercambiadores y su comparación con las propiedades de los suelos. El principal problema que ofrece este tipo de materiales como remineralizantes de suelos es el control de la velocidad con la que los iones deben ser liberados al medio. Así pues por contacto directo de los intercambiadores con el suelo, la cinética de liberación puede llegar a ser demasiado rápida. Sin embargo, este problema es fácilmente resuelto envolviendo los granos de resina con una capa de diferentes grosores de

algún polímero soluble en agua (y no contaminante por supuesto), de manera que se consiga fraccionar la liberación de iones al medio. En algunos estudios, se ha conseguido incluso el crecimiento de especies vegetales en suelos compuestos en su totalidad por intercambiadores iónicos.

- Síntesis por intercambio iónico. La metátesis o conversión, es la aplicación

preparativa más sencilla de los intercambiadores iónicos. Así pues, ácidos y bases pueden ser preparados con relativa facilidad a partir de intercambiadores catiónicos y aniónicos en forma H+ _{y OH}- _{respectivamente. Del mismo modo también}

pueden ser preparadas de manera sencilla sales específicas a partir de la resina en la forma iónica deseada.

- Tecnologías de intercambio iónico alternativas143. Cada vez con mayor fuerza

están surgiendo procesos por intercambio iónico que buscan sustituir con éxito procesos ya existentes en la industria, pero que por una serie de motivos (principalmente medioambientales) pueden resultar inadecuados en el contexto industrial actual. Así, estas tecnologías alternativas buscan ante todo un mayor respeto al medio ambiente, sin perder de vista consideraciones económicas. Como ejemplos, podríamos citar la producción de fertilizantes de potasio libres de cloro, concentración de magnesio y bromuro de agua de mar a temperatura dual, o la aplicación del intercambio iónico en la recuperación de metales pesados procedentes de agua de mina, entre muchos otros.