水的純化與超純水的制備（一）

摘要       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、反滲透法和紫外線照射法等。

關鍵部分   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驗作一些介紹，以供參考。

天然水中通常含有五中雜質：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^-、SO₄^-2、PO₄^3-、H₂PO₄^-、HSiO₃^-等。2.有機物質，如：有機酸、農藥、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。

國家標準規定有分析實驗室用水^[2]和電子級水^[3]的技術指標。分析實驗室用水的技術指標見表1：

表1.一.二.三級實驗室用水的技術指標（GB6682-92）

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殘渣，故國標對其限量也不作規定，可用其他條件和制備方法來保證一級水的質量。

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國標對一、二級水電導的測試方法有明確的規定：用于一、二水測定的電導儀，需配備電極常數為0.01-0.1cm^-1的在線電導池，并具有溫度自動補償功能。

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規定分為四級，即EW-Ⅰ，EW-Ⅱ,EW-Ⅲ和EW-Ⅳ。其技術指標見表2：

表2.電子級水的技術指標

﹡.引進國家標準GB/T 1144.6.1-1997

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錳酸鉀可除去易氧化物;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：

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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級串連不等），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指標的形式表現出來。例如，當自來水的COD值為2mg/L時，經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]，在于其能耗低，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些工業用水的需要。例如，用電阻率為1.6KΩ.cm（25℃）的原水可以獲得1.03MΩ.cm（25℃）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。

反滲透法^[5],目前它是一種應用最廣的脫鹽技術。反滲透膜雖在1977年就有了，但其規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）、細菌、熱源、病毒、懸濁物（粒徑>0.1μm）等。反滲透膜對雜質的去除能力見下表。

表3：反滲透膜對雜質的去除能力

常見的反滲透膜有：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℃）時，產出水的電阻率約為14 KΩ.cm（25℃）。這樣的水現在大家都管它叫純凈水，也就是市場上出售的飲用純凈水。