水的純化和超純水的制備

1、水的純化與超純水的制備 天然水中通常含有五種雜質(zhì):1.電解質(zhì),包括帶電粒子,常見(jiàn)的陽(yáng)離子有H+、Na+、K+、NH4+、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Cu2+、Mn2+、Al3+等；陰離子有F-、Cl-、NO3-、HCO3-、SO42-、PO43-、H2PO4-、HSiO3-等。2.有機(jī)物質(zhì),如:有機(jī)酸、農(nóng)藥、烴類(lèi)、醇類(lèi)和酯類(lèi)等。3.顆粒物。4.微生物。5.溶解氣體，包括：N2、O2、Cl2、H2S、CO、CO2、CH4等。所謂水的純化，就是要去掉這些雜質(zhì)。雜質(zhì)去的越徹底，水質(zhì)也就越純凈。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有分析實(shí)驗(yàn)室用水和電子級(jí)水的技術(shù)指標(biāo)。分析實(shí)驗(yàn)室用水的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1： 表1一二 三級(jí)實(shí)驗(yàn)室

2、用水的技術(shù)指標(biāo)（GB668292） 名稱(chēng) 一級(jí)二級(jí)三級(jí)pH值范圍（250C）-5.0-7.5電導(dǎo)率(25OC),mS/m. 0.010.100.50可氧化物質(zhì)(以0計(jì)),mg/L 0.080.4吸光度(254nm,1cm光程) 0.0010.01蒸發(fā)殘?jiān)?05O2C O), mg/L 1.02.0可溶性硅(以SiO2計(jì)) mg/L 500）、細(xì)菌、熱源、病毒、懸濁物（粒徑0.1m）等。反滲透膜對(duì)雜質(zhì)的去除能力見(jiàn)表3： 表3.單級(jí)反滲透膜對(duì)雜質(zhì)的去除能力離子去除率（%）離子去除率（%）離子去除率（%）Mn+296-99SO4-290-99NO3-50-75Al3+95-99CO3-280-95B

3、O2-30-50Ca2+92-99PO43+,HPO42-H2PO4-90-99微粒99MG2+92-99F-65-95細(xì)菌99Na+75-95HCO3-80-95有機(jī)物（分子量300）99K+75-93Cl-80-95NH4+70-90SiO275-90常用的反滲透膜有：醋酸纖維素膜，聚酰胺膜和聚砜膜等。膜的孔徑為0.0001-0.001m.反滲透的動(dòng)力依賴(lài)于壓力差（10-100大氣壓）。去除雜質(zhì)的能力由膜的性能好壞和進(jìn)出水比例決定。進(jìn)出水的比例一般控制為10：6或10：7左右。這樣雜質(zhì)的去除率應(yīng)在95-99.7%之間。三.制備超純水的方法傳統(tǒng)的純水方法不能制備出超純水，化學(xué)意義上純水（液態(tài)

4、的H2O）的理論電導(dǎo)率為18.3cm.人們生產(chǎn)的純水是達(dá)不道理論值的，但18cm似乎是可以達(dá)到的，對(duì)于這種水，有的稱(chēng)為高純水有的稱(chēng)為超純水，目前還沒(méi)有系統(tǒng)的定義。現(xiàn)在制備超純水的方法是將各種純化水的新技術(shù)科學(xué)地結(jié)合起來(lái)，不僅能生產(chǎn)超純水。而且變得非常容易。目前市售的超純水器就是一個(gè)成功的例子。自來(lái)水進(jìn)去超純水出來(lái)，非常方便。而且使用壽命也越來(lái)越長(zhǎng)。超純水器制備超純水的原理和步驟大體如下：1.原水：可用自來(lái)水或普通蒸餾水或普通去離子水作原水。2.機(jī)械過(guò)濾：通過(guò)砂芯濾板和纖維柱濾除機(jī)械雜質(zhì)，如鐵銹和其他懸浮物等。3.活性炭過(guò)濾：活性炭是廣譜吸附劑，可吸附氣體成分，如水中的余氯等；吸附細(xì)菌和某些過(guò)渡

5、金屬等。氯氣能損害反滲透膜，因此應(yīng)力求除盡。4.反滲透膜過(guò)濾：可濾除95%以上的電解質(zhì)和大分子化合物，包括膠體微粒和病毒等。由于絕大多數(shù)離子的去除，使離子交換柱的使用壽命大大延長(zhǎng)。5.紫外線消解：借助于短波（180nm-254nm）紫外線照射分解水中的不易被活性炭吸附的小有機(jī)化合物，如甲醇、乙醇等，使其轉(zhuǎn)變成CO2和水，以降低TOC的指標(biāo)。6.離子交換單元：已知混合離子交換床是除去水中離子的決定性手段。借助于多級(jí)混床獲得超純水也并不困難。但水的TOC指標(biāo)主要來(lái)自樹(shù)脂床。因此，高質(zhì)量的離子交換樹(shù)脂就成為成敗的關(guān)鍵。所謂高質(zhì)量的樹(shù)脂，就是化學(xué)穩(wěn)定性特別好，不分解，不含低聚物、單體和添加劑等的樹(shù)脂。

6、7.0.2m濾膜過(guò)濾，以除去水中的顆粒物到每毫升1個(gè)（小于0.2m的）.經(jīng)過(guò)上述各步驟處理后生產(chǎn)出來(lái)的水就是超純水了。應(yīng)能滿(mǎn)足各種儀器分析，高純分析，痕量分析等的要求，接近或達(dá)到電子級(jí)水的要求。四.特殊的純水： 1.火力發(fā)電廠需要無(wú)硅的純水，而硅在水中常常以水合二氧化硅（SiO2H2O）的形式存在，屬于非離子態(tài)，很難去掉。但是，水合二氧化硅也有微小的電離度，借助于加長(zhǎng)離子交換床的長(zhǎng)度，或在混合離子交換床中反復(fù)循環(huán)，仍然可以獲得無(wú)硅的超純水。用玻璃或石英蒸餾器是無(wú)法獲得無(wú)硅水的，因?yàn)槿萜骱琛?2.沒(méi)有熱源（即內(nèi)毒素）的純水，注射針劑用水要求沒(méi)有熱源。以免引起過(guò)敏反應(yīng)。目前除去熱源的最好的方法還

7、是蒸餾法。也有除熱源的吸附柱子。 3.無(wú)氨的純水，制取方法有二，其一蒸餾法，在水中預(yù)先加入不揮發(fā)酸，可以固定銨鹽在原水中。其二是將純水再過(guò)一次陽(yáng)離子交換床過(guò)濾。需要說(shuō)明的是，陰離子交換樹(shù)脂有分解產(chǎn)生微量氨的可能，用混床去氨是不合適的。4.無(wú)鐵的水，已知鐵是無(wú)處不在的，F(xiàn)eCl3的反對(duì)沸點(diǎn)僅為315，因此，很難用蒸餾法出去鐵離子。如在原水中加入1滴磷酸則可達(dá)到此目的。當(dāng)然，有了超純水器也就不用這樣除鐵了。五.從純水的電導(dǎo)率估算水中離子的濃度水平：超純水的離子濃度極低，許多分析方法的靈敏度達(dá)不到。一般用戶(hù)更是缺乏特殊的檢測(cè)手段。有人做過(guò)這方面的計(jì)算，可供參考：表4.幾種電阻率不同的純水的離子計(jì)算濃度 濃度g/L離子18.2 M18.0 M17.5 M15 MNa+0.81.31.81.6Cl- 0.10.150.52.1Fe2+2.02.42.05.4Na+Cl-+SO42- 0.10.31.15.4Na+ + Cl- 0.10.20.95.0例如:電阻率為15M的水,其鈉,氯和硫酸根離子的總濃度為5.4g/L,這樣的雜質(zhì)水平,應(yīng)能滿(mǎn)足各種痕量分析和高純分析的要求.不必心存疑慮.在這種情況下也不