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純化水與超純水的制備原理-2

2009/3/24

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)的H2O）的理論電導(dǎo)率為18.3ΜΩ·cm.人們生產(chǎn)的純水是達(dá)不道理論值的，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，目前還沒(méi)有系統(tǒng)的定義。也沒(méi)有劃分等級(jí)界限，從商業(yè)觀點(diǎn)看叫超純水似乎比高純水更好聽(tīng)一些。筆者以為還是看電導(dǎo)率指標(biāo)更準(zhǔn)確一些。

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。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。所謂“核工業(yè)級(jí)樹(shù)脂”大概就屬于這一類樹(shù)脂。對(duì)樹(shù)脂的要求是質(zhì)量越高越好。可惜國(guó)內(nèi)很少有人在這方面下工夫。滿足于生產(chǎn)大路貨。

7.0.2μm濾膜過(guò)濾，以除去水中的顆粒物到每毫升1個(gè)（小于0.2μm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（SiO2·H2O）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。一般用戶更是缺乏特殊的檢測(cè)手段。有人[ 6]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

離子         去除率（%）         離子         去除率（%）         離子         去除率（%）        
Mn+2         96-99         SO4-2         90-99         NO3-         50-75        
Al3+         95-99         CO3-2         80-95         BO2-         30-50        
Ca2+         92-99         PO43+,HPO42- H2PO4-         90-99         微粒         99        
MG2+         92-99         F-         65-95         細(xì)菌         99        
Na+         75-95         HCO3-         80-95         有機(jī)物（分子量>300）         99        
K+         75-93         Cl-         80-95                        
NH4+         70-90         SiO2         75-90        
       
例如:電阻率為15MΩ的水,其鈉,氯和硫酸根離子的總濃度為5.4μg/L,這樣的雜質(zhì)水平,應(yīng)能滿足各種痕量分析和高純分析的要求.不必心存疑慮.在這種情況下也不要去測(cè)pH值,因?yàn)榧词谷侩x子都是H+,也無(wú)法改變1個(gè)pH單位.不要庸人自擾。除非是電導(dǎo)儀或pH計(jì)出了毛病，才會(huì)有異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)。正如在實(shí)驗(yàn)室用水的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB6682-92)中指出的,對(duì)一、二級(jí)水不主張測(cè)量pH一樣,超純水就更難準(zhǔn)確測(cè)量了。

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