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实验室超纯水器的离子交换原理

 

水质可以使用水的纯度来表示,而水的纯度是水中杂质相对含量的量度。在一些化学、医学等试验中对水的要求很高,水质的好坏直接影响着实验的结果。因此,在这些实验中都需要用到实验室超纯水器制得符合要求的超纯水,而去离子水就是纯水的一种。

实验室超纯水器利用离子交换原理制备超纯水的科学原理如下:

我们知道,天然水中含有Ca2+、Mg2+、Na+、Fe3+等阳离子和HCO3_等阴离子,以及一些气体和有机杂质。一般可以使用离子交换树脂与水中某些无机离子进行选择性的离子交换反应,从而达到去除无机离子的目的。一般我们把实验室超纯水器采用离子交换法制得的纯水称为去离子水。
离子交换树脂是具有某些活性基团,能与阳离子或阴离子发生有选择性的离子交换反应的一些高分子物质,例如,某些含有磺酸基(—SO3H)或羧基(—COOH)等酸性基团的树脂,能与水中的阳离子发生选择性交换,就被称为阳离子交换树脂,用RH表示;某些含有季铵盐(═NX)或伯胺盐(—NX2)等碱性基团的树脂,能与水中的阴离子发生选择性交换,就被称为阴离子交换树脂,用ROH表示。发生的反应式为:
2RH+Mg2+(Ca2+) R2Mg(R2Ca)+2H+
ROH+CI- RCI+OH-
2ROH+SO42-(CO32-) R2SO4(R2CO3)+2OH-

从而使Ca2+、Mg2+、CO32、SO42-固着在树脂中的H+、OH-则置换到水中,达到实验室超纯水器去除离子的目的。

在实际生产中,实验室超纯水器离子交换的制备是使水通过装有氢型阳离子交换树脂、氢氧型阴离子交换树脂、阴阳混合树脂的交换柱,分别进行阳离子交换、阴离子交换及多级交换,使产生的H+、OH-反应生成H2O,从而保证实验室超纯水器制备的去离子水为中性。

树脂使用之前要先用去离子水浸泡至溶胀。使用一段时间后,交换达到饱和,树脂失效,可分别用稀HCI溶液或稀NaOH溶液淋洗阳离子交换树脂或阴离子交换树脂,进行上述的逆反应,使树脂再生。

实验室超纯水器的应用大大提高了去离子水制备的效率,同时,也节省了很多复杂的工序,在使用时,只需要根据实验室超纯水器的使用步骤,即可制备出所需要的超纯水。

 上海和泰仪器有限公司 
 2013-6-28 

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