土壤化學(xué)純水的制備

第第頁(yè)土壤化學(xué)純水的制備純水的制備分析工作中需用的純水用量很大,必需注意節(jié)省用水、水質(zhì)檢查和正確保存,勿使其受器皿和空氣等來(lái)源的污染，必要時(shí)裝蘇打—石灰管防止CO2的溶解沾污。純水的制備常用蒸餾法和離子交換法。蒸餾法是利用水與雜質(zhì)的沸點(diǎn)不同，經(jīng)過(guò)外加熱使所產(chǎn)生的水蒸氣經(jīng)冷凝后制得。蒸餾法制得的蒸餾水，由于經(jīng)過(guò)高溫處理，不易長(zhǎng)霉；但蒸餾器皿多為銅制或錫制，因此蒸餾水中難免有痕量的這些金屬離子存在。試驗(yàn)室自制時(shí)可用電熱蒸餾水器，出水量有5、10、20或50L/h等幾種，使用尚稱便利，但耗電較多，出水速度較小。工廠和浴室利用廢蒸汽所得的副產(chǎn)蒸餾水，質(zhì)量較差，必需先檢查后才能使用。離子交換法可制得質(zhì)量較高的純水——去離子水，一般是用自來(lái)水通過(guò)離子純水器制得，因未經(jīng)高溫**，往往簡(jiǎn)單長(zhǎng)霉。離子交換純水器可以本身裝置，各省市也有商品純水器供應(yīng)。水通過(guò)交換樹(shù)脂獲得的純水稱離子交換水或去離子水。離子交換樹(shù)脂是一種不溶性的高分子化合物。構(gòu)成樹(shù)脂的骨架部分具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)酸堿及一般溶劑相當(dāng)穩(wěn)定，而骨架上又有能與溶液中陽(yáng)離子或陰離子進(jìn)行交換的活性基團(tuán)。在樹(shù)脂巨大的結(jié)構(gòu)中，磺酸基（—SO3—H+）或季銨基[—CH2N+（CH3）3OH—，簡(jiǎn)作==N+OH—]等是活性基團(tuán)，其余的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是樹(shù)脂的骨架，可以用R表示。上述兩種樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)寫(xiě)為R—SO3H和R=NOH。當(dāng)水流通過(guò)裝有離子交換樹(shù)脂的交換器時(shí)，水中的雜質(zhì)離子被離子交換樹(shù)脂所截留。這是由于離子交換基中的H+或OH—與水中的雜質(zhì)離子（如Na+、Ca2+、Cl—、SO42—）交換，交換下來(lái)的H+和OH—結(jié)合為H2O，而雜質(zhì)離子則被吸附在樹(shù)脂上，以陽(yáng)離子Na+和陰離子Cl—為例，其化學(xué)反應(yīng)式為：上述離子反應(yīng)是可逆的，當(dāng)H+與OH—的濃度加添到肯定程度時(shí)，反應(yīng)向相反方向進(jìn)行，這就是離子交換樹(shù)脂再生的原理。在純水制造中，通常采納強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（如國(guó)產(chǎn)732樹(shù)脂）和強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂（如國(guó)產(chǎn)717樹(shù)脂）。新的商品樹(shù)脂一般是中性鹽型式的樹(shù)脂（常制成R—SO3Na和R=NCl等型式），性質(zhì)較穩(wěn)定，便于貯存。在使用之前必需進(jìn)行凈化和轉(zhuǎn)型處理，使之轉(zhuǎn)化為所需的H+與OH—型和型樹(shù)脂。離子交換樹(shù)脂的性能與活性基團(tuán)和網(wǎng)狀骨架、樹(shù)脂的粒度和溫度、pH等有關(guān)。①活性基團(tuán)越多，交換量越大。一般樹(shù)脂的交換容量為3～6mol·kg—1,干樹(shù)脂（離子型式）。活性基團(tuán)和種類不同，能交換的離子基團(tuán)也不同。②網(wǎng)狀骨架的網(wǎng)眼是由交聯(lián)劑形成的。例如上述苯乙烯系離子交換樹(shù)脂結(jié)構(gòu)中的長(zhǎng)碳鏈，是由若干個(gè)苯乙烯聚合而成。長(zhǎng)鏈之間則用二乙烯苯交聯(lián)起來(lái)，二乙烯苯就是交聯(lián)劑。樹(shù)脂骨架中所含交聯(lián)劑的質(zhì)量百分率就是交聯(lián)度。交聯(lián)度小時(shí)，樹(shù)脂的水溶性強(qiáng)，泡水后的膨脹性大，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的網(wǎng)眼大，交換速度快，大小離子都簡(jiǎn)單進(jìn)入網(wǎng)眼，交換的選擇性低。反之，交聯(lián)度大時(shí)，則水溶性弱，網(wǎng)眼小，交換慢，大的離子不易進(jìn)入，具有肯定的選擇性。制備純水的樹(shù)脂，要求能除去多種離子，所以交聯(lián)度要適當(dāng)小。但同時(shí)以要求樹(shù)脂難溶于水，以免沾污純水，所以交聯(lián)度雙要適當(dāng)?shù)卮?。?shí)際選用時(shí)，交聯(lián)度以7%～12%為宜。③樹(shù)脂的粒度越?。w粒越?。?，工作交換量（實(shí)際上能交換離子的*大量）越大，但在交換柱中充填越緊密，流速就越慢。制備純水用的樹(shù)脂粒度以在0.3～1.2mm（50～16目）之間為宜。④溫度過(guò)高或過(guò)低，對(duì)樹(shù)脂的強(qiáng)度和交換容量都有很大的影響。溫度降低時(shí)，樹(shù)脂的交換容量和機(jī)械強(qiáng)度都隨之降低；冷至≤0℃時(shí)，樹(shù)脂即凍結(jié)，并由于內(nèi)部水分的膨脹而使樹(shù)脂分裂，從而影響壽命。溫度過(guò)高，則簡(jiǎn)單使樹(shù)脂的活性基團(tuán)分解，從而影響樹(shù)脂的交換容量和使用壽命。一般陽(yáng)離子樹(shù)脂的耐熱性高于陰離子樹(shù)脂；鹽型樹(shù)脂以Na型*好。水的pH對(duì)于樹(shù)脂活性基團(tuán)的離解也有影響。由于H+與OH—離子是活性基團(tuán)的解離產(chǎn)物。明顯pH下降將抑制陽(yáng)離子樹(shù)脂活性基團(tuán)的離解；pH上升，則抑制陰離子樹(shù)脂活性基團(tuán)的離解。這種抑制作用對(duì)酸、堿性較強(qiáng)的樹(shù)脂的影響較小，對(duì)酸、堿性較弱的樹(shù)脂則影響較大。中性鹽式的樹(shù)脂，性質(zhì)較穩(wěn)定，便于貯存，所以商品樹(shù)脂常制成R—SO3Na和R=NCl等型式。新樹(shù)脂使用時(shí)要先經(jīng)凈化和“轉(zhuǎn)型”處理：用水和酒精洗去低聚物、色素、灰沙等雜質(zhì)，分別裝入交換柱，用稀HCl和NaOH溶液分別浸洗陽(yáng)、陰離子交換樹(shù)脂，使之轉(zhuǎn)化為H+與OH—樹(shù)脂，再用純水洗去過(guò)量的酸堿和生成的鹽。轉(zhuǎn)型后將各交換柱依照陽(yáng)→陰→陽(yáng)→陰的次序串聯(lián)起來(lái)。干凈的天然水通過(guò)各柱，即得去離子水。樹(shù)脂使用老化后，就要分別用HCl和NaOH再生為H+與OH—型。再生的反應(yīng)和轉(zhuǎn)型的反應(yīng)相像，上述交換方法稱為復(fù)柱法。它的設(shè)備和樹(shù)脂再生處理都很簡(jiǎn)單，便于推廣；串聯(lián)的柱數(shù)越多，所得去離子水的純度越高。它的缺點(diǎn)是，柱中的交換產(chǎn)物多少會(huì)引起逆反應(yīng)，制得水的純度不是很高。制取純度很高的水，可采納混合柱法：將陽(yáng)、陰離子按1:1.5或1:2或1:3的比例（隨兩種樹(shù)脂交換本領(lǐng)的相對(duì)大小而定）混合裝在交換柱中，它相當(dāng)于陽(yáng)、陰離子交換柱的無(wú)限次串聯(lián)。一種樹(shù)脂的交換產(chǎn)物（例如HCl或Ca（OH）2等）可立刻被另一種樹(shù)脂交換除去，整個(gè)系統(tǒng)的交換產(chǎn)物就是中性的水，因此交換作用更完全，所得去離子水的純度也更高。但混合柱中兩種樹(shù)脂再生時(shí)，需要先用較濃的NaOH或HCl溶液逆流沖洗，使比重較小的陰離子交換樹(shù)脂浮升到陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上面，用水洗滌后，再在柱的上下兩層分別進(jìn)行陽(yáng)、陰離子交換樹(shù)