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水的纯化方法

文章作者:上海大有 发表日期:2020年5月15日
DYG224 离子交换软化与除盐实验装置(4柱) DYG231 五塔式离子交换器制备纯水实验装置 DYG256 离子交换法处理含铬废水实验装置 DYJ187 超滤与反渗透实验装置 DYJ188 微滤-超滤-反渗透实验装置 DYJ211 高纯水反渗透实验装置 DYJ216 实验用一级反渗透纯水实验装置 DYP536 小型反渗透实验装置 DYP537 集成膜过滤与反渗透实验装置 1.1 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、不锈钢和铂金蒸馏器等。按蒸馏次数可分为1 次、2 次和多次蒸馏法。此外, 为了去掉一些特殊的杂质, 还需采取一些特殊的措施。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, 水的电阻率很低,达不到MΨ级。不能满足许多新技术的需要。 1.2 离子交换法 主要有两种制备方式: (1)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。 (2)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MΨ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。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。 1.3 反渗透法 目前是一种应用最广的脱盐技术。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 ℃)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。 2 制备超纯水的方法 传统纯水方法不能制出超纯水, 化学意义上纯水(液态的H2O)的理论电导率为18.3MΩ·cm。人们生产的纯水达不到理论值, 但18MΩ·cm 似乎可以达到, 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, 笔者以为还是看电导率指标更准确一些。现在制备超纯水的方法是将各种纯化水的新技术科学地结合起来, 使生产超纯水变得非常容易。目前市售的超纯水器就是一个成功的例子。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(180~254nm)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。但水的TOC 指标主要来自树脂床。因此, 高质量的离子交换树脂就成为成败的关键。所谓高质量的树脂, 就是化学稳定性特别好,不分解, 不含低聚物、单体和添加剂等的树脂。“核工业级树脂” 大概就属于这一类树脂。对树脂的要求是质量越高越好。可惜国内很少有人在这方面下工夫。满足于生产大路货。 (7)0.2μm滤膜过滤, 以除去水中的颗粒物到每毫升1个(小于0.2μm的), 经过上述各步骤处理后生产出来的水就是超纯水了。应能满足各种仪器分析, 高纯分析, 痕量分析等的要求, 接近或达到电子级水的要求。
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