水的净化-离子交换法制备纯水详解
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水的净化-离子交换法制备纯水
目录
实验目的 实验原理 基本操作 实验内容 注意事项 实验记录 问题思考
1 实验目的
• 通过实验使学生了解用离子交换法纯化水的原
理和方法
• 掌握水质检验的原理和方法 • 学会电导率仪的正确使用方法
2 基本原理
•
•
1.1. 离子交换树脂
离子交换树脂是一种由人工合成的带有交换活性基团的多 孔网状结构的高分子化合物。
• 1.3 pH试纸使用 • 1.4 固、液体试剂的取用 • 1.5 试管操作
4 实验内容
•
•
1.1 装柱
1.2 交换（流速6～8D）
•
•
1.3 检验
1.4 配制碘化铅饱和溶液（下次实验用）
5 注意事项
• • • • 1.1 装柱 防止树脂层夹有气泡；注意不要弄混阳、阴树脂。 1.2 检测顺序 先混合柱，再阴、阳柱；先测电导率。混合柱合格后 （＜10μs·cm-1），再检验离子（钙、镁在点滴板上进 行）。检验结果经教师过目。 1.2 收集 制得的纯水收集在洗瓶内待用，避免浪费。
强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团，如三甲胺基 (N(CH3)3或二甲基-ß -羟基乙基胺基；
•
弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲胺，碱性较弱；
• 1.2纯水制备原理
• • • • • 1）阳离子交换 例如： Ar-SO3-H+ + Na+ 2 Ar-SO3-H+ + Ca2+ 2）阴离子交换 例如： Ar-N+(CH3)3OH- +ClAr-N+(CH3)3Cl- + OHAr-SO3- Na+ + H+ （Ar-SO3-）2Ca2+ + 2H+
•
1.2 离子交换树脂的预处理，装柱和树脂再生
预处理
自来水冲洗→纯水浸泡（4-8h）→5%盐酸浸泡（4h）→纯水清洗、浸泡
装柱
防止树脂层夹有气泡；注意不要弄混阳、阴树脂。
再生
阳离子树脂用（5%—10%）盐酸以1滴/秒流速淋洗，直到不含Na+，
蒸馏水洗至pH≈6。
阴离子树脂（50%）氢氧化钠溶液以1滴/秒流速淋洗，直到不含Cl-， 蒸 馏水洗至pH≈7～8。
N 2 O2 SO
24
Cl
-
2CO3 Fe3+ Mg 2+
Ca 2+ K + Na + HCO 3
等
• • •
3）中和 H+ +OH- = H2O 4）电中性杂质可通过树脂的网状结构吸附除去。
3 基本操作
•
• • •
•
•
1.1 电导率仪的使用
定位：打CAL档，根据电极调节常数 测定：选择合适的量程 读数：Scm-1西门子每厘米，
mScm-1毫西门子每厘米，
μScm-1微西门子每厘米。
•
填写仪器使用Fra Baidu bibliotek记簿
• •
6 实验记录
检验项目 自来水 电 导 率 pH
Ca 2
Mg 2
Cl
SO2 4
结论
样 品 水
阳离子交换柱流出水 阴离子交换柱流出水
混合离子交换柱流出 水
思考与讨论
天然水中的 主要的无机 盐杂质是什 么？
天然水中的杂质
杂质种类 悬浮物 胶体物质 溶解物质 杂 质 泥沙，藻类，植物遗体等 粘土胶粒，溶胶，腐植质体等
• 根据交换作用的“活性基团”的不同分为
• • 阳离子交换树脂：活性基团与溶液中的阳离子进行交换； 阴离子交换树脂：活性基团与溶液中的阴离子进行交换；
常用的离子交换树脂
• • • 强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H（磺酸基）和CH2SO3H（次甲基磺酸基）； 弱酸性阳离子交换树脂：活性基团有-COOH, C6H5OH等弱酸性基团； -OCH2COOH,
目录
实验目的 实验原理 基本操作 实验内容 注意事项 实验记录 问题思考
1 实验目的
• 通过实验使学生了解用离子交换法纯化水的原
理和方法
• 掌握水质检验的原理和方法 • 学会电导率仪的正确使用方法
2 基本原理
•
•
1.1. 离子交换树脂
离子交换树脂是一种由人工合成的带有交换活性基团的多 孔网状结构的高分子化合物。
• 1.3 pH试纸使用 • 1.4 固、液体试剂的取用 • 1.5 试管操作
4 实验内容
•
•
1.1 装柱
1.2 交换（流速6～8D）
•
•
1.3 检验
1.4 配制碘化铅饱和溶液（下次实验用）
5 注意事项
• • • • 1.1 装柱 防止树脂层夹有气泡；注意不要弄混阳、阴树脂。 1.2 检测顺序 先混合柱，再阴、阳柱；先测电导率。混合柱合格后 （＜10μs·cm-1），再检验离子（钙、镁在点滴板上进 行）。检验结果经教师过目。 1.2 收集 制得的纯水收集在洗瓶内待用，避免浪费。
强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团，如三甲胺基 (N(CH3)3或二甲基-ß -羟基乙基胺基；
•
弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲胺，碱性较弱；
• 1.2纯水制备原理
• • • • • 1）阳离子交换 例如： Ar-SO3-H+ + Na+ 2 Ar-SO3-H+ + Ca2+ 2）阴离子交换 例如： Ar-N+(CH3)3OH- +ClAr-N+(CH3)3Cl- + OHAr-SO3- Na+ + H+ （Ar-SO3-）2Ca2+ + 2H+
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1.2 离子交换树脂的预处理，装柱和树脂再生
预处理
自来水冲洗→纯水浸泡（4-8h）→5%盐酸浸泡（4h）→纯水清洗、浸泡
装柱
防止树脂层夹有气泡；注意不要弄混阳、阴树脂。
再生
阳离子树脂用（5%—10%）盐酸以1滴/秒流速淋洗，直到不含Na+，
蒸馏水洗至pH≈6。
阴离子树脂（50%）氢氧化钠溶液以1滴/秒流速淋洗，直到不含Cl-， 蒸 馏水洗至pH≈7～8。
N 2 O2 SO
24
Cl
-
2CO3 Fe3+ Mg 2+
Ca 2+ K + Na + HCO 3
等
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3）中和 H+ +OH- = H2O 4）电中性杂质可通过树脂的网状结构吸附除去。
3 基本操作
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1.1 电导率仪的使用
定位：打CAL档，根据电极调节常数 测定：选择合适的量程 读数：Scm-1西门子每厘米，
mScm-1毫西门子每厘米，
μScm-1微西门子每厘米。
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填写仪器使用Fra Baidu bibliotek记簿
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6 实验记录
检验项目 自来水 电 导 率 pH
Ca 2
Mg 2
Cl
SO2 4
结论
样 品 水
阳离子交换柱流出水 阴离子交换柱流出水
混合离子交换柱流出 水
思考与讨论
天然水中的 主要的无机 盐杂质是什 么？
天然水中的杂质
杂质种类 悬浮物 胶体物质 溶解物质 杂 质 泥沙，藻类，植物遗体等 粘土胶粒，溶胶，腐植质体等
• 根据交换作用的“活性基团”的不同分为
• • 阳离子交换树脂：活性基团与溶液中的阳离子进行交换； 阴离子交换树脂：活性基团与溶液中的阴离子进行交换；
常用的离子交换树脂
• • • 强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H（磺酸基）和CH2SO3H（次甲基磺酸基）； 弱酸性阳离子交换树脂：活性基团有-COOH, C6H5OH等弱酸性基团； -OCH2COOH,