純水的檢測(cè)1課件

第五章純水的制備和檢測(cè)5.1純水的應(yīng)用一、天然水：自然界中的水。天然水中通常含有五種雜質(zhì):

1、電解質(zhì),包括帶電粒子,常見的陽(yáng)離子有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、醇類和酯類等;

3、懸浮物，如細(xì)菌、粘土等;

4、膠體物，溶膠、硅膠和鋁、鐵的化合物等;

5、溶解氣體，包括：N2、O2、Cl2、H2S、CO、CO2、CH4等;二、純水的分類1、一般的純水稱去離子水，指去掉各種陰、陽(yáng)離子和有機(jī)物等雜質(zhì)的水。通過蒸餾法可得到純度為60kΩ.cm以上的純水。如果再通過離子交換法可以去除水中的強(qiáng)電解質(zhì)和大部分硅酸和碳酸等弱電解質(zhì)，得到10MΩ.cm以上的純水。2、超純水：化學(xué)意義上純水（液態(tài)的H2O）的理論電導(dǎo)率為18.3ΜΩ·cm.人們生產(chǎn)的純水是達(dá)不到理論值的，但18ΜΩ·cm似乎是可以達(dá)到的，對(duì)于這種水，有的稱為高純水有的稱為超純水。傳統(tǒng)的純水方法不能制備出超純水。2、反滲透法，是利用壓力差為動(dòng)力的膜分離技術(shù)。目前它是一種應(yīng)用最廣的脫鹽技術(shù)，已廣泛運(yùn)用于科研、醫(yī)藥、食品、飲料、海水淡化等領(lǐng)域。而在工業(yè)用超純水的制備上常被用來作為去離子，電去離子（EDI）的前一級(jí)處理。特點(diǎn)：（1）相對(duì)于傳統(tǒng)采用離子交換樹脂作為前期預(yù)處理工藝方法，反滲透具有更經(jīng)濟(jì)，更節(jié)能，運(yùn)行更穩(wěn)定，水質(zhì)更可靠的優(yōu)點(diǎn)。（2）可以大大延長(zhǎng)后級(jí)離子交換樹脂的再生周期及電去離子（EDI）的清洗周期。反滲透法制取超純水設(shè)備反滲透的動(dòng)力依賴于壓力差（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。雜質(zhì)的去除率應(yīng)在95-99.7%之間，可以用于制備市場(chǎng)上出售的飲用純凈水。電去離子超純水處理設(shè)備

4、離子交換法

離子交換法是通過陰、陽(yáng)離子交換樹脂對(duì)水中的各種陰、陽(yáng)離子進(jìn)行置換的一種傳統(tǒng)水處理工藝，陰、陽(yáng)離子交換樹脂按不同比例進(jìn)行搭配可組成離子交換陽(yáng)床系統(tǒng)，離子交換陰床系統(tǒng)及離子交換混床（復(fù)床）系統(tǒng)。而混床系統(tǒng)又通常是用在反滲透等水處理工藝之后用來制取超純水，高純水的終端工藝，他是目前用來制備超純水、高純水不可替代的手段之一。兩種制備方式：A.復(fù)床式，即按陽(yáng)床—陰床—陽(yáng)床—陰床—混合床的方式連接并生產(chǎn)去離子水；早期多采用這種方式，便于樹脂再生。B.混床式（2-5級(jí)串聯(lián)不等），混床去離子的效果好。但再生不方便。如圖所示。碳鋼襯膠陽(yáng)床+陰床+混床

離子交換超純水處理設(shè)備

反滲透+1級(jí)混床

離子交換超純水設(shè)備

特點(diǎn)：（1）出水電阻率達(dá)到1MΩ.cm以上，根據(jù)不同的水質(zhì)及使用要求，出水電阻率可控制在1~18MΩ.cm之間。（2）離子交換設(shè)備是傳統(tǒng)的去離子水設(shè)備，它的產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定，造價(jià)相對(duì)較低。在以往的電廠鍋爐補(bǔ)給水都是采用陽(yáng)床+陰床+混床處理工藝。

（3）近年來，隨著反滲透、EDI等工藝的發(fā)展，離子交換設(shè)備操作復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，浪費(fèi)酸堿，運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)更加突出，目前更多的應(yīng)用于反滲透的深度處理。

（4）小型的離子交換設(shè)備常采用有機(jī)玻璃交換柱，有利于觀察樹脂運(yùn)行情況。（5）大型的離子交換設(shè)備則采用碳鋼內(nèi)襯環(huán)氧樹脂或襯膠，中間預(yù)留可視裝置，以便于離子再生時(shí)在線觀測(cè)再生液水位狀況。（6）但有機(jī)物無法去掉，TOC（總有機(jī)碳）和COD（耗氧量）值往往比原水還高。其原因：1）樹脂質(zhì)量不好；2）樹脂的預(yù)處理不徹底，樹脂中所含的低聚物、單體、添加劑等沒有除盡；3）樹脂不穩(wěn)定，不斷地釋放出分解產(chǎn)物。五、從純水的電導(dǎo)率估算水中離子的濃度水平：表2、幾種電阻率不同的純水的離子計(jì)算濃度

2、超純水：

①動(dòng)、植物細(xì)細(xì)胞培養(yǎng)用水

②各種醫(yī)療用生化儀、分析儀、血液透析儀用水

③分析試劑及藥品配置稀釋用水

④生理、病理、毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)用水

⑤醫(yī)院、醫(yī)藥制劑室及中心實(shí)驗(yàn)室用純化水和高純水

⑥原子吸收光譜用水

⑦試管嬰兒用水

⑧各種高效液相色譜、離子色譜用水

⑨其他各種實(shí)驗(yàn)室用水和醫(yī)藥用水。⑩在半導(dǎo)體中的應(yīng)用：半導(dǎo)體原材料生產(chǎn)加工、檢測(cè)和半導(dǎo)體器件的制備用水。一、離子交換樹脂：1、定義：離子交換樹脂是指樹脂以苯乙烯和二乙烯苯的共聚體作為骨架（用R來表示),在骨架上導(dǎo)入一些活性基團(tuán)（如磺酸基、羧基和酚基等），即離子交換樹脂。2、性質(zhì)：離子交換樹脂具有一定的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨，不溶入水、酸、堿和任何有機(jī)溶劑，對(duì)一般的氧化劑和還原劑具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性。3、離子交換樹脂的類型：根據(jù)導(dǎo)入的活性基團(tuán)的酸堿性分為：（1）陽(yáng)離子交換樹脂：R-SO3H，R-COOH,R-OH，

（2）陰離子交換樹脂：伯胺基-NH3OH,仲胺基-NHOH,季胺基-NOH

5.2離子交換法制備純水的原理陽(yáng)離子交換樹脂陰離子交換樹脂二、離子交換樹脂的工作原理

1、樹脂交換反應(yīng)采用離子交換方法，可以把水中呈離子態(tài)的陽(yáng)、陰離子去除，以氯化鈉(NaCl)代表水中無機(jī)鹽類，水質(zhì)除鹽的基本反應(yīng)可以用下列方程式表達(dá)：

陽(yáng)離子交換樹脂：R—H+Na+R—Na+H+

陰離子交換樹脂：R—OH+Cl-R—Cl+OH-

陽(yáng)、陰離子交換樹脂總的反應(yīng)式即可寫成：

RH+ROH+NaClRNa+RCl+H2O

由此可看出，水中的NaCl已分別被樹脂上的H+和OH-所取代，而反應(yīng)生成物只有H2O，故達(dá)到了去除水中鹽的作用。

2、樹脂的再生反應(yīng)（還原反應(yīng)）離子交換樹脂在使用一段時(shí)間后，生成R—Na，R—Cl。吸附的雜質(zhì)接近飽和狀態(tài)，就要進(jìn)行再生處理，使之恢復(fù)原來的組成和性能,稱之為樹脂的再生。目前，國(guó)內(nèi)樹脂的再生常用化學(xué)藥劑酸堿法使失效的樹脂恢復(fù)交換能力，酸的使用通常采用HCl或H2SO4，調(diào)配濃度為3-5%左右；堿的使用一般采用NaOH，調(diào)配濃度為3-5%左右。其再生過程：1）陽(yáng)離子樹脂的再生：2）陰離子樹脂的再生：

3、離子交換法：利用離子的不斷交換與樹脂的不斷再生的反復(fù)進(jìn)行來制取高純水的方法。其交換、再生過程：原水流經(jīng)離子交換樹脂時(shí)，水中的陰、陽(yáng)雜質(zhì)離子與樹脂中的OH+,H+離子交換而被吸附在樹脂上，而OH+,H+離子將結(jié)合生成水直至樹脂失效。對(duì)樹脂進(jìn)行再生處理，直至恢復(fù)再生能力，再進(jìn)行、再生不斷循環(huán)。（2）變形處理：鈉型樹脂→氫型樹脂（5-10%HCl溶液)氯型樹脂→氫氧型樹脂（4-6%NaOH溶液）處理過程：加純水→攪拌1-2h，浸泡2h→純水洗，調(diào)整PH值。作用：除掉交換樹脂中的Na+，Cl-二、樹脂的工作原理1、將變形后的交換樹脂