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這是一篇關于水的純化和超純水制備的綜述。介紹了各種純化水的技術與某些新近的進展。包括蒸餾法、離子交換法、電滲析法和反滲透法等
水的純化 超純水 離子交換 電滲析 反滲透
一.前言
    關于高純水的制備在聞瑞梅先生等[1]的專著中已有詳細論述。本文僅想就與化學分析和儀器分析用水有關的一些常識和小經(jīng)驗作點滴介紹，以供參考。水的純化 超純水 離子交換 電滲析 反滲透
    天然水中通常含有五種雜質:1.電解質,包括帶電粒子,常見的陽離子有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.有機物質,如:有機酸、***、烴類、醇類和酯類等。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。雜質去的越徹底，水質也就越純凈。

 一級水用于有嚴格要求的分析實驗,如液相色譜分析用水等。
    二級水用于無機痕量分析,如原子吸收光譜分析用水等。
    三級水用于一般化學分析實驗。
    國標（GB6682-92）的補充說明：由于在一級和二級水的純度下，難于測定其真實的pH值，因此對一級和二級水的pH值范圍國標不作規(guī)定。
    一級和二級水的電導率需用新制備的水在線測定。
    由于在一級水的純度下，難于測定可氧化物和蒸發(fā)殘渣，故國標對其限量也不作規(guī)定，可用其他條件和制備方法來保證一級水的質量。
    國標對一、二級水電導的測試方法有明確的規(guī)定：用于一、二水測定的電導儀，需配備電極常數(shù)為0.01—0.1cm-1的在線電導池，并具有溫度自動補賞功能。
    電子級水對水中的離子濃度水平有更高的要求。國標GB/T11446.1-1997規(guī)定分為四級，即EW-I，EW-Ⅱ，EW-Ⅲ和EW-Ⅳ。

二．水的純化方法
    1.蒸餾法，按蒸餾器皿可分為玻璃、石英蒸餾器，金屬材質的有銅、不銹鋼和白金蒸餾器等。按蒸餾次數(shù)可分為一次、二次和多次蒸餾法。此外，為了去掉一些特出的雜質，還需采取一些特殊的措施。例如預先加入一些高***可除去易氧化物；加入少許磷酸可除去三價鐵；加入少許不揮發(fā)酸可制取無氨水等。蒸餾水可以滿足普通分析實驗室的用水要求。由于很難排除二氧化碳的溶入。所以水的電阻率是很低的，達不到MΩ級。不能滿足許多新技術的需要。
    2.離子交換法，主要有兩種制備方式：
A. 復床式，即按陽床—陰床—陽床—陰床—混合床的方式連接并生產去離子水；早期多采用這種方式，便于樹脂再生。
B. 混床式（2-5級串聯(lián)不等），混床去離子的效果好。但再生不方便。
離子交換法可以獲得十幾MΩ的去離子水。但有機物無法去掉，TOC和COD值往往比原水還高。這是因為樹脂不好，或是樹脂的預處理不徹底，樹脂中所含的低聚物、單體、添加劑等沒有除盡，或樹脂不穩(wěn)定，不斷地釋放出分解產物。這一切都將以TOC或COD指標的形式表現(xiàn)出來。例如，當自來水的COD值為2mg/L時，經(jīng)過去離子處理得到的去離子水的COD值常在5-10mg/L之間。當然，在使用好樹脂時會得到好結果，否則就無法制備超純水了。
    3.電滲析法，產生于1950年[4]，由于其能耗低，常作為離子交換法的前處理步驟。它在外加直流電場作用下，利用陰陽離子交換膜分別選擇性的允許陰陽離子透過，使一部分離子透過離子交換膜遷移到另一部分水中去，從而使一部分水純化，另一部分水濃縮。這就是電滲析的原理。電滲析是常用的脫鹽技術之一。產出水的純度能滿足一寫工業(yè)用水的需要。例如,用電阻率為1.6KΩ?cm(25°C)的原水可以獲得1.03MΩ?cm(25°C)的產出水。換言之，原水的總硬度為77mg/L時產出水的總硬度則為∽10mg/L.
    4.反滲透法[5]，目前它是一種應用***廣的脫鹽技術。反滲透膜雖在1977年 就有了，但其規(guī)模化生產和廣泛用于脫鹽卻是近幾年的事情。反滲透膜能去除無機鹽、有機物（分子量>500）、***、熱源、病毒、懸濁物（粒徑>0.1μm）等。產出水的電阻率能較原水的電阻率升高近10倍。

 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0.0001-0.001μm.反滲透的動力依賴于壓力差（10-100大氣壓）。去除雜質的能力由膜的性能好壞和進出水比例決定。進出水的比例一般控制為10：6或10：7左右。這樣雜質的去除率應在95-99.7%之間。例如，原水的電阻率為1.6 KΩ?cm(25°C)時，產出水的電阻率約為14 KΩ?cm.這樣的水現(xiàn)在大家都管它叫純凈水，也就是市場上出售的飲用純凈水。
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，化學意義上純水（液態(tài)的H2O）的理論電導率為18.3ΜΩ?cm.人們生產的純水是達不道理論值的，但18ΜΩ?cm似乎是可以達到的，對于這種水，有的稱為高純水有的稱為超純水，目前還沒有系統(tǒng)的定義。也沒有劃分等級界限，從商業(yè)觀點看叫超純水似乎比高純水更好聽一些。筆者以為還是看電導率指標更準確一些。
    現(xiàn)在制備超純水的方法是將各種純化水的新技術科學地結合起來，不僅能生產超純水。而且變得非常容易。目前市售的超純水器就是一個成功的例子。自來水進去超純水出來，非常方便。而且使用壽命也越來越長。
    超純水器制備超純水的原理和步驟大體如下：
    1.原水：可用自來水或普通蒸餾水或普通去離子水作原水。
    2.機械過濾：通過砂芯濾板和纖維柱濾除機械雜質，如鐵銹和其他懸浮物等。
    3.活性炭過濾：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***和某些過渡金屬等。***能損害反滲透膜，因此應力求除盡。
    4.反滲透膜過濾：可濾除95%以上的電解質和大分子化合物，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。
    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化合物，如***、乙醇等，使其轉變成CO2和水，以降低TOC的指標。
    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。借助于多級混床獲得超純水也并不困難。但水的TOC指標主要來自樹脂床。因此，高質量的離子交換樹脂就成為成敗的關鍵。所謂高質量的樹脂，就是化學穩(wěn)定性特別好，不分解，不含低聚物、單體和添加劑等的樹脂。所謂“核工業(yè)級樹脂”大概就屬于這一類樹脂。對樹脂的要求是質量越高越好?？上鴥群苌儆腥嗽谶@方面下工夫。滿足于生產大路貨。
    7.0.2μm濾膜過濾，以除去水中的顆粒物到每毫升1個（小于0.2μm的）.經(jīng)過上述各步驟處理后生產出來的水就是超純水了。應能滿足各種儀器分析，高純分析，痕量分析等的要求，接近或達到電子級水的要求。 水的純化 超純水 離子交換 電滲析 反滲透
四.特殊的純水：
    1.火力發(fā)電廠需要無硅的純水，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，借助于加長離子交換床的長度，或在混合離子交換床中反復循環(huán)，仍然可以獲得無硅的超純水。用玻璃或石英蒸餾器是無法獲得無硅水的，因為容器含硅。
    2.沒有熱源（即內***）的純水，******用水要求沒有熱源。以免引起***反應。目前除去熱源的***好的方法還是蒸餾法。也有除熱源的吸附柱子。
    3.無氨的純水，制取方法有二，其一蒸餾法，在水中預先加入不揮發(fā)酸，可以固定銨鹽在原水中。其二是將純水再過一次陽離子交換床過濾。需要說明的是，陰離子交換樹脂有分解產生微量氨的可能，用混床去氨是不合適的。
    4.無鐵的水，已知鐵是無處不在的，F(xiàn)eCl3的反對沸點僅為315℃，因此，很難用蒸餾法出去鐵離子。如在原水中加入1滴磷酸則可達到此目的。當然，有了超純水器也就不用這樣除鐵了。
五.從純水的電導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不到。一般用戶更是缺乏特殊的檢測手段。有人[ 6]做過這方面的計算。

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