纯水制备.
纯净水的制备与应用
纯净水的制备与应用一、纯净水的制备方法纯净水制备的主要方法有三种，分别是蒸馏法、离子交换法和反渗透法。
1. 蒸馏法蒸馏法是制备纯净水最常用的方法之一，它的基本原理是将水加热到沸点，使水变成水蒸气，然后将水蒸气冷却凝结，得到纯净水。
这种方法可以去除水中的有机物、无机盐、细菌、病毒等。
但同时也会消耗大量的能源，造成环境污染，制备成本高。
2. 离子交换法离子交换法是利用吸附剂具有选择性吸附离子的性质，吸附水中的杂质。
其基本原理是利用离子交换树脂对水中的银离子、钠离子、钙离子等进行离子交换并吸附去除。
离子交换法制备的纯净水质量较高，但也容易造成污染。
3. 反渗透法反渗透法是一种利用半透膜分离技术制备纯净水的方法。
其基本原理是利用高压泵将水逼过半透膜，只有水分子才能透过半透膜，而杂质则被卡在膜上去除。
反渗透法制备的纯净水质量较高，技术成熟，成本也较低。
二、纯净水的应用纯净水在生活和工业中都有广泛的应用，下面分别从这两个方面介绍纯净水的应用。
1. 生活中的应用生活中，纯净水主要用于饮用、食品加工、婴儿喂养、药品生产以及实验室等方面。
(1) 饮用纯净水的最主要的应用是饮用，这是因为它能够彻底去除水中的杂质和污染物，对人体健康无害，是最为安全的饮用水。
与普通自来水相比，纯净水更符合人们的健康需求。
(2) 食品加工在食品加工厂中，纯净水也有重要的应用。
它能够用于洗菜、烧饭、烤面包、煮茶等多个环节，以保证食品的质量和卫生。
(3) 婴儿喂养婴儿的身体对水质要求极高，因此在喂养婴儿时应该使用最安全的水。
纯净水没有杂质和污染物，对婴儿的成长发育非常有益。
(4) 药品生产在药品生产、制剂中，纯净水的应用也非常广泛。
它可以用于制作药剂、注射剂、口服液等药品，确保药品的质量和卫生。
(5) 实验室在科研领域中，纯净水也是必须的实验试剂之一。
它可以用于实验室中的生化实验、制备生物样品等。
2. 工业中的应用在工业生产中，纯净水的应用也非常广泛，主要用于电子、医药、半导体、化工、纺织等行业。
实验室用纯水的制备原理
实验室用纯水的制备原理
制备纯水的过程称为脱离子化，其原理是通过特殊的物理或化学方法，将水中的杂质离子和分子从水中分离出来，从而得到极其纯净的水。
常用的制备纯水的方法包括：
1. 蒸馏法：将水加热至沸点以上，产生水蒸气，通过冷凝器将水蒸气重新凝结成纯水的方法。
这种方法特别适用于制备超纯水。
2. 反渗透法：通过半透膜将水经过一定压力的作用，将杂质离子和分子挡在半透膜的一侧，而纯水则通过半透膜被收集。
3. 离子交换法：利用强酸型或强碱型交换树脂，对水样进行交换处理，去除质子和其他离子，得到纯净水。
4. 电渗析法：利用电场的作用，将水中的电解质分子和离子带到阳极或阴极上，在阳阴极之间的中间腔内进行离子分离，从而得到纯净水。
以上方法均可得到较高纯度的纯水，但并不能完全去除所有的离子和杂质分子。
因此，在实际应用中，需要根据具体需要选择合适的制备方法。
纯水制备原理
纯水制备原理
纯水制备的原理主要涉及去除水中的杂质和溶解物质，以及保持水的纯净度。
以下是几种常见的纯水制备方法的原理：
1. 蒸馏法：蒸馏法是通过加热水样，使其转化为蒸汽，然后通过冷凝过程将蒸汽冷凝为纯水。
在蒸汽中，大多数溶解物质和杂质无法随蒸汽一起升华，因此被留在原容器中，从而得到纯净的水。
2. 反渗透法：反渗透法是利用半透膜来分离水中的离子、溶解物质和微生物等杂质。
在反渗透过程中，水被迫通过半透膜，而大部分溶解物质和杂质则被滞留在膜的一侧，从而获得纯净水。
3. 离子交换法：离子交换法利用具有离子交换功能的树脂来去除水中的离子，并将其与树脂上的其他离子进行交换，从而净化水质。
通过将水通过离子交换树脂柱或床，溶解在水中的阳离子和阴离子会与树脂上的其他离子发生交换，水质得到净化。
4. 活性炭吸附法：活性炭吸附法是利用活性炭的孔隙结构和表面活性吸附水中的有机物、氯等物质。
活性炭具有大量的孔隙，可以吸附水中的杂质分子到其表面上，从而净化水质。
5. 紫外线消毒法：紫外线消毒法是利用紫外线的辐射杀灭水中的微生物，如细菌、病毒和寄生虫等。
通过将水通过紫外线灯下照射，紫外线会破坏微生物的细胞壁和核酸结构，从而使其失去生物活性。
这些方法可以单独使用或组合使用，根据需要和应用领域的不同，选择合适的制备纯水的方法。
各种方法之间也可以相互配合，以提高纯水制备的效果和水质的纯度。
纯水制备原理
一、反渗透原理当把相同体积的稀溶液和浓液分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，形成一个压力差，达到渗透平衡状态，此种压力差即为渗透压。
若在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时，浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反，这一过程称为反渗透。
过程：水分自然渗透过程的反向过程物质：反渗透膜起源于最早使用于美国太空人将尿液回收为纯水使用。
医学界还以反渗透法的技术用来洗肾(血液透析)。
反渗透膜可以将重金属、农药、细菌、病毒、杂质等彻底分离。
整个工作原理均采用物理法，不添加任何杀菌剂和化学物质，所以不会发生化学变相。
并且反渗透膜并不分离溶解氧，所以通过此法生产得出的纯水是活水，喝起来清甜可口。
反渗透，英文为Reverse Osmosis，它所描绘的是一个自然界中水分自然渗透过程的反向过程。
早在1950年美国科学家DR.S.Sourirajan有一回无意中发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海水，隔了几秒后吐出一小口的海水。
他由此而产生疑问:陆地上由肺呼吸的动物是绝对无法饮用高盐份的海水，那为什么海鸥就可以饮用海水呢?这位科学家把海鸥带回了实验室，经过解剖发现在海鸥嗉囊位置有一层薄膜，该薄膜构造非常精密。
海鸥正是利用了这薄膜把海水过滤为可饮用的淡水，而含有杂质及高浓缩盐份的海水则吐出嘴外。
这就是以后逆渗透法(Reverse Osmosis 简称R.O)的基本理论架构。
工作原理对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜称之为理想半透膜。
当把相同体积的稀溶液(例如淡水)和浓溶液(例如盐水)分别置于半透膜的两侧时，稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动，这一现象称为渗透。
当渗透达到平衡时，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一个压差，此压差即为渗透压。
纯水制备原理
纯水制备原理纯水是指除去其中的杂质和溶解物质，使其达到高纯度的水。
纯水在许多领域都有广泛的应用，如实验室研究、制药、电子器件创造等。
下面将详细介绍纯水制备的原理和常用的几种方法。
一、纯水制备的原理是通过去除水中的杂质和溶解物质，使水的纯度达到一定的标准。
水中的杂质和溶解物质主要包括有机物、无机盐、微生物、重金属离子等。
纯水制备的原理可以分为物理方法和化学方法两种。
1. 物理方法物理方法主要是通过物理性质的差异来实现纯水制备。
常见的物理方法包括蒸馏、离子交换、反渗透等。
- 蒸馏：利用水和杂质的沸点差异，将水加热至沸腾，然后将水蒸汽冷凝成纯净水。
这种方法可以有效去除水中的溶解物质和微生物，但不能去除挥发性有机物。
- 离子交换：利用离子交换树脂对水中的离子进行吸附和释放，从而去除水中的离子杂质。
这种方法可以去除水中的无机盐和重金属离子。
- 反渗透：利用半透膜对水进行过滤，将水中的溶解物质和微生物截留在膜外，只让水份子通过。
这种方法可以去除水中的溶解物质、微生物和大部份离子。
2. 化学方法化学方法主要是通过化学反应来实现纯水制备。
常见的化学方法包括电解法和光解法。
- 电解法：利用电解质溶液的电离性，通过电解过程将水中的溶解物质分解成气体或者沉淀，从而达到纯化的目的。
这种方法可以去除水中的无机盐和重金属离子。
- 光解法：利用特定波长的光照射水中的溶解物质，使其发生光解反应，从而将溶解物质分解成较小的份子或者离子。
这种方法可以去除水中的有机物。
二、纯水制备方法根据纯水制备原理，可以采用多种方法来制备纯水。
下面介绍几种常用的纯水制备方法。
1. 蒸馏法蒸馏法是一种常见的制备纯水的方法。
具体步骤如下：- 将水加热至沸腾，产生蒸汽。
- 将蒸汽冷凝成液态水，即纯净水。
- 将蒸馏水采集起来，即可得到纯水。
2. 离子交换法离子交换法是一种利用离子交换树脂去除水中离子杂质的方法。
具体步骤如下：- 将水通过装有离子交换树脂的柱子或者装置，树脂会吸附水中的离子。
纯水的制备
纯水的制备一、纯水的制备方法自然界中的水都含有杂质，不能直接用于化学实验，一般都需经过纯制。
不同的实验对水的纯度要求不同，一般化学实验使用的纯水常用蒸馏法和离子交换法制取。
1．蒸馏法。
蒸馏法制备的纯水叫蒸馏水。
根据蒸馏的次数分为一次蒸馏水、二次蒸馏水和三次蒸馏水。
二次和三次蒸馏水是纯度较高的高纯水，用于有特殊要求的实验中。
一次蒸馏水中还含有微量杂质，可用来洗涤要求不十分严格的仪器和配制一般的实验用溶液。
蒸馏法制备纯水是根据水与杂质有不同的挥发性，利用蒸馏器进行蒸馏冷凝而得到。
实验室中制备一次蒸馏水时，可使用蒸馏水蒸馏器（图5－12）。
制备二次蒸馏水可使用二次蒸馏水器（图5－13）。
制备高纯水还可使用硬质玻璃蒸馏器、石英蒸馏器、金、银以及聚四氟乙烯蒸馏器。
制备二次蒸馏水可根据实验对水质的要求，加入适当的试剂以抑制某些杂质的挥发，如加入甘露醇能抑制硼的挥发；加入碱性高锰酸钾可破坏有机物并防止二氧化碳蒸出，使水的pH=7；制备无氨水时，可加入浓硫酸（每升水加二毫升浓硫酸）或磷酸。
2．离子交换法。
用离子交换法制备的纯水叫“去离子水”，它是利用离子交换树脂的离子交换作用，将水中除H＋和OH－以外的其它离子除去，或减少到一定程度。
此法不能将水中的有机物除去，离子交换法制备纯水也不同于水的软化。
水的软化主要是降低水的硬度，仅需将水中的Ca2＋、Mg2＋除去，因此水的软化虽然可以使用离子交换树脂，但只能用阳离子交换树脂进行交换；也可以使用盐型（钠型）树脂，但在制备去离子水时则必须使用阳、阴两种离子交换树脂，而且必须要用游离酸（碱）型树脂。
离子交换法制备纯水，是目前较为广泛采用的一种纯水制备方法，其优点是；设备简单，操作方便，成本低，水的纯度高。
（二）离子交换法制备纯水的原理。
含有K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋等阳离子及SO42－、Cl－、HCO3－、HSiO3－等阴离子的原水，当通过阳离子交换树脂层时，水中的阳离子会被脂所吸附，而树脂上可游离交换的H＋则被置换到水中，并和水中的阴离子组成相应的无机酸，其反应可表示为：含有无机酸的水，当再通过阴离子交换树脂层时，水中的阴离子又会被树脂吸附，树脂上可交换的OH－又被置换到水中，并与水中的H＋结合成水，这一反应可用下式表示。
纯化水制备工艺
纯化水制备工艺纯化水是指将自来水或其他来源的水经过一系列处理工艺，去除其中的杂质、病原菌、有机物和无机盐等物质，以获得高纯度、无微生物、无溶解固体的纯净水。
下面介绍一种常见的纯化水制备工艺。
1. 原水预处理：将自来水或其他水源经过一系列处理步骤，去除其中的大颗粒溶解固体、悬浮颗粒和有机物。
预处理步骤可以包括过滤、沉淀、混凝和气浮等。
过滤可以使用活性炭、砂子、石英砂等材料，将大块颗粒物和悬浮物去除。
2. 反渗透处理：将经过预处理的水送入反渗透膜系统中，通过高压力将水逆向通过半透膜，使溶于水中的无机盐、微生物和有机物分离出来。
反渗透膜的孔径很小，能过滤掉绝大部分溶解固体和微生物，同时保留水分子，从而得到相对较为纯净的水。
3. 离子交换：通过离子交换树脂将残留的离子去除，进一步提高纯化水的质量。
离子交换树脂能去除水中的阴离子和阳离子，例如硝酸盐、硬度物质和重金属离子等。
树脂一般分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，根据水中存在的离子种类选择合适的树脂。
4. 紫外线消毒：为了进一步杀灭水中可能残留的微生物，如细菌、病毒和真菌等，将纯化水经过紫外线照射。
紫外线能够破坏微生物的细胞结构和核酸，从而实现消毒的目的。
这一步骤可供选择，主要取决于水的用途和安全要求。
5. 二次反渗透处理：在上述步骤之后，如果需要进一步提高水的纯度和去除残留的溶解固体，可以再次使用反渗透膜进行处理。
这一步骤通常用于对水质有较高要求的行业，如制药、电子和化工等。
以上是一种常见的纯化水制备工艺，不同行业和应用领域可能还有其他工艺步骤或配套设备。
根据实际需要，可根据水质要求和水的用途进行调整和优化。
制备纯化水的关键是根据水源的特点和纯化目标选择合适的工艺步骤，确保获得满足要求的高纯度水。
继续写相关内容：6. pH调节：纯化水的pH值对于不同的应用领域具有重要影响。
在某些特定的工业生产中，需要调节纯水的酸碱度，以确保最佳化学反应和产品稳定性。
纯水及其制备课件
06
纯水制备的节能与环保
节能技术应用
高效反渗透技术
采用高效率的反渗透膜元件，降低制水能耗，提高产水效率。
回收利用技术
对反渗透浓水进行回收利用，减少废水排放，提高水资源利用率。
智能控制系统
通过智能控制系统，实现自动化控制，降低人工操作成本，提高生 产效率。
环保法规与要求
排放标准
01
纯水制备过程中产生的废水需符合国家或地方规定的排放标准。
生物。
离子交换树脂与床
离子交换树脂是一种能够吸附水中离子的物质。
离子交换树脂通常由高分子聚合物和离子交换剂组成，能够通过离子交换反应去除水中的盐 分、重金属和有机物等杂质。
离子交换树脂与床通常由树脂颗粒、床体和再生剂等组成，通过填充离子交换树脂的床体， 使水通过树脂床进行离子交换反应，从而去除杂质。
再生
离子交换剂达到饱和后需要进行再生处理，恢复 其交换能力。
收集纯净水
收集经过离子交换处理后的纯净水，经过进一步 处理后得到符合要求的纯水。
05
纯水制备的质量控制
水质检测与标准
水质检测
定期对纯水进行水质检测，包括 微生物、化学、物理等方面的指标。
水质标准
根据不同用途，制定相应的水质 标准，确保纯水满足使用要求。
反渗透膜组件通常由膜片、外壳、连接器和密封材料等组成，通过加压 使水通过反渗透膜，去除杂质。
电渗析器
电渗析器是一种利用电场作用去除水中 离子的设备。
电渗析器通常由电极板、离子交换膜和 隔板等组成，通过电场作用使水中的离 子通过离子交换膜迁移到另一侧，从而
去除杂质。
电渗析器适用于去除水中溶解的盐分和 重金属等杂质，但无法去除有机物和微
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反渗透法和离子交换法组合
原水先经预处理，再通过反渗透净化，最后由离子交换去除残 留微量粒子，其出水水质几乎可达无离子的超纯状态。
反渗透法和电渗析法组合
目前较流行的方法，净水效果与上一种相当，无需再生流程， 操作简便，同时可消除对化学再生药剂的依赖。
优点：简单方便 缺点：1）耗能；
2）含一定杂质：二氧化碳 和低沸点物质、带杂质液
态水、冷凝装置成分。
离子交换法
原理：
含有阴阳离子杂质的水，经过离子 交换树脂上的OH-和H+分别与水中 的阴离子和阳离子进行交换， OH和H+进入水中又结合成水，从而 达到去除水中阴阳离子杂质的目的。
交换机理： 强酸性阳离子交换树脂： R-SO3H+Na+ ---- R-SO3Na+H+ 强碱性阴离子交换树脂： R-OH+Cl- ---- RCl+OH-
纳滤：0.0005~0.005μm，纳滤膜大多从反渗
透膜衍化而来，如CA、CTA膜、芳族聚酰胺复合 膜和磺化聚醚砜膜等。但与反渗透相比，其操作 压力更低，因此纳滤又被称作“低压反渗透”或 “疏松反渗透”( Loose RO )
蒸馏法
原理：
利用相态变化，将液态水在一定温 度下变为气态水， 再经冷却为液 态水的过程。
反渗透法特点：
可除去大于0.0001μm的颗粒杂质、分子量大于 150～ 200的有机物，除盐率高达99.5%以上；
主要去除水中的电解质杂质，须通过预处理去除 不溶于水的悬浮物等机械杂质；
游离氯损害膜元件； 电解质的价位起高，排斥作用越大，如Ca2+、
Mg2+。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电渗析除盐法（EDI）
反渗透法（RO）
原理：
在进水水流（浓溶液）侧施加操作压力 以克服自然渗透压，当高于自然渗透压 的操作压力施加在浓溶液侧时，水分子 自然渗透的流动方向就会逆转，进水 （浓溶液）中的水分子部分通过半透膜 成为稀溶液侧的净化产水。
反渗透设备就是将高压泵和反渗透膜组 合在一起的技术设备。
反渗透原理图
R：离子交换树脂本体；Na+和Cl-分别代表 水中的阳阴离子杂质。
离子交换法特点：
交换反应是可逆的，当原水流过树脂时，杂质 阴阳离子分别与树脂产生交换反应，当丧失交 换能力后，分别用酸碱处理，交换反应向反方 向进行，使其重新恢复交换的能力，即树脂再 生。
由于需用酸碱再生，酸碱消耗量较大，同时需 处理产生的大量化学废水，所以离子交换法的 运行费用较高，而且再生操作比较繁琐复杂。
原理：
利用离子交换膜对离子的选择透过 性，在直流电场作用下，以电位差 作推动力，产生水中离子的定向迁 移，使一部分水中的离子进入另一 部分水中去，从而达到除盐的目的。
EDI是一种将电渗析和离子交换相 互结合在一起的除盐工艺，即利用 离子交换能深度脱盐来克服电渗析 极化而脱盐不彻底，又利用电渗析 极化而发生水电离产生H+和OH-， 实现树脂自再生来克服树脂失效后 通过化学药剂再生的缺陷。
微滤、超滤和纳滤
用途：去除水中的微粒、胶体、细菌、病 毒、大分子、小分子、离子等。
微滤：0.1~10μm，微滤又称微孔过滤，它属于
精密过滤，能够过滤微米级或纳米级的微粒和细 菌。
超滤：0.001~0.1μm，超滤是以压力为推动力
的膜分离技术之一。以大分子与小分子分离为目 的，膜孔径在20－1000A°之间。
EDI特点：
分离组分选择性高，能量消耗低， 装置设备与系统应用灵活，操作维 护方便，装置寿命长，原水回收率 高和不污染环境。
无需化学药剂的再生，可以连续运 行。
水的利用率可高达90%以上，产水 电阻率大于或等于15MΩ.cm
EDI工作原理图
净水方法联用
活性炭过滤器和中空纤维膜组合
反渗透法和电渗析法组合
实验室纯水机制备流程图
自来水
机械 过滤器
用水点
超纯
水箱
活性炭 过滤器
电渗析 EDI
软化器 增压泵
精滤器
中间 水箱
高压泵
反渗透 RO
纯净水杀菌消毒
紫外线消毒：
饮用水传统杀毒工艺，具有接触时间短，管理方便， 投资少的优点，但灯管的使用寿命短，价格较贵。
臭氧消毒：
对细菌及病毒等病原体杀生效率最高，无有害的卤代 有机物产生等优点，但工艺较复杂，投资大，运行防 护条件较高。
纯水制备
水 H2O
自来水中含有的杂质
微粒、胶体、色素、嗅味、 余氯、细菌、病毒、微生物、 有机物（大分子）、Ca2+、 Mg2+、Fe2+、Na+、其它离子
净水处理技术
过滤器法 蒸馏法 离子交换法 反渗透法（RO） 电渗析除盐法（EDI） 联用技术
净水前处理
机械过滤或砂滤棒过滤
纯净水生产流程
GB 6682-1992 分析实验室用水规格和试验方法
ASTM D1193-1999 Standard Specification for Reagent Water
密理博公司（Milipore）
R IOS型
ELIX型
Mili-Q型
Thank You!
石英砂有较好的载污能力，水通过石英 砂时分离出悬浮物和胶体杂质，降低水 中的色度和浑浊度。
活性炭过滤器
活性炭具有很大的比面积和良好的机械 耐磨性，脱除水中的有机物、胶体、色 素、嗅味、 Fe2+及余氯。
软化器
利用置换反应原理，用阳离子交换树脂 中的Na+来置换水中的Ca2+和Mg2+，使水 软化。