超纯水机制备超纯水的原理和步骤说明

超纯水机制备超纯水的原理和步骤说明

天然水中通常含有五种杂质:1.电解质,包括带电粒子,常见的阳离子有H+、Na+、K+、NH4+、、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Cu2+、Mn2+、Al3+等;阴离子有F-、Cl-、NO3-、HCO3-、SO42-、PO43-、H2PO4-、HSiO3-等。2.有机物质,如:有机酸、农药、烃类、醇类和酯类等。3.颗粒物。4.微生物。5.溶解气体，包括：N2、O2、Cl2、H2S、CO、CO2、CH4等。所谓水的纯化，就是要去掉这些杂质。杂质去的越彻底，水质也就越纯净。

水的纯化方法

　　1.蒸馏法，按蒸馏器皿可分为玻璃、石英蒸馏器，金属材质的有铜、不锈钢和白金蒸馏器等。按蒸馏次数可分为一次、二次和多次蒸馏法。此外，为了去掉一些特出的杂质，还需采取一些特殊的措施。例如预先加入一些高锰酸钾可除去易氧化物;加入少许磷酸可除去三价铁;加入少许不挥发酸可制取无氨水等。蒸馏水可以满足普通分析实验室的用水要求。由于很难排除二氧化碳的溶入。所以水的电阻率是很低的，达不到MΩ级。不能满足许多新技术的需要。

离子交换法，主要有两种制备方式：

　　A. 复床式，即按阳床—阴床—阳床—阴床—混合床的方式连接并生产去离子水;早期多采用这种方式，便于树脂再生。

　　B. 混床式(2-5级串联不等)，混床去离子的效果好。但再生不方便。

　　离子交换法可以获得十几MΩ的去离子水。但有机物无法去掉，TOC和COD值往往比原水还高。这是因为树脂不好，或是树脂的预处理不彻底，树脂中所含的低聚物、单体、添加剂等没有除尽，或树脂不稳定，不断地释放出分解产物。这一切都将以TOC或COD指标的形式表现出来。例如，当自来水的COD值为2mg/L时，经过去离子处理得到的去离子水的COD值常在5-10mg/L之间。当然，在使用好树脂时会得到好结果，否则就无法制备超纯水了。

电渗析法，由于其能耗低，常作为离子交换法的前处理步骤。它在外加直流电场作用下，利用阴阳离子交换膜分别选择性的允许阴阳离子透过，使一部分离子透过离子交换膜迁移到另一部分水中去，从而使一部分水纯化，另一部分水浓缩。这就是电渗析的原理。

反渗透，目前应用比较广的脱盐技术。反渗透膜虽在1977年 就有了，但其规模化生产和广泛用于脱盐却是近几年的事情。反渗透膜能去除无机盐、有机物(分子量>500)、细菌、热源、病毒、悬浊物(粒径>0.1μm)等。产出水的电阻率能较原水的电阻率升高近10倍。

　　常用的反渗透膜有：醋酸纤维素膜，聚酰胺膜和聚砜膜等。膜的孔径为0.0001-0.001μm.反渗透的动力依赖于压力差(10-100大气压)。去除杂质的能力由膜的性能好坏和进出水比例决定。进出水的比例一般控制为10：6或10：7左右。这样杂质的去除率应在95-99.7%之间。例如，原水的电阻率为1.6 KΩ?cm(25°C)时，产出水的电阻率约为14 KΩ?cm.这样的水现在大家都管它叫纯净水，也就是市场上出售的饮用纯净水。

1.火力发电厂需要无硅的纯水，而硅在水中常常以水合二氧化硅(SiO2?H2O)的形式存在，属于非离子态，很难去掉。但是，水合二氧化硅也有微小的电离度，借助于加长离子交换床的长度，或在混合离子交换床中反复循环，仍然可以获得无硅的超纯水。用玻璃或石英蒸馏器是无法获得无硅水的，因为容器含硅。

　　2.没有热源(即内毒素)的纯水，注射针剂用水要求没有热源。以免引起过敏反应。目前除去热源的最好的方法还是蒸馏法。也有除热源的吸附柱子。

　　3.无氨的纯水，制取方法有二，其一蒸馏法，在水中预先加入不挥发酸，可以固定铵盐在原水中。其二是将纯水再过一次阳离子交换床过滤。需要说明的是，阴离子交换树脂有分解产生微量氨的可能，用混床去氨是不合适的。

　　4.无铁的水，已知铁是无处不在的，FeCl3的反对沸点仅为315℃，因此，很难用蒸馏法出去铁离子。如在原水中加入1滴磷酸则可达到此目的。当然，有了超纯水器也就不用这样除铁了。

制备超纯水的方法

　　传统的纯水方法不能制备出超纯水，化学意义上纯水(液态的H2O)的理论电导率为18.3ΜΩcm.人们生产的纯水是达不道理论值的，但18ΜΩcm似乎是可以达到的，对于这种水，有的称为高纯水有的称为超纯水，目前还没有系统的定义。也没有划分等级界限，从商业观点看叫超纯水似乎比高纯水更好听一些。笔者以为还是看电导率指标更准确一些。

超纯水器制备超纯水的原理和步骤大体如下：

　　1.原水：可用自来水或普通蒸馏水或普通去离子水作原水。

　　2.机械过滤：通过砂芯滤板和纤维柱滤除机械杂质，如铁锈和其他悬浮物等。

　　3.活性炭过滤：活性炭是广谱吸附剂，可吸附气体成分，如水中的余氯等;吸附细菌和某些过渡金属等。氯气能损害反渗透膜，因此应力求除尽。

　　4.反渗透膜过滤：可滤除95%以上的电解质和大分子化合物，包括胶体微粒和病毒等。由于绝大多数离子的去除，使离子交换柱的使用寿命大大延长。

　　5.紫外线消解：借助于短波(180nm-254nm)紫外线照射分解水中的不易被活性炭吸附的小有机化合物，如甲醇、乙醇等，使其转变成CO2和水，以降低TOC的指标。

　　6.离子交换单元：已知混合离子交换床是除去水中离子的决定性手段。借助于多级混床获得超纯水也并不困难。