四、纯净水的制备.docVIP

实验一、纯净水的制备 1 实验目的 了解用电渗析法与离子交换法制备纯净水的原理和方法。 2 实验原理 几乎所有的工业生产都要用水，并且对水质有不同的要求。如锅炉用水要求软水，即除去了钙、镁离子的水。又如电子工业中，若水不纯，甚至有一颗小小的杂质微粒就能毁坏整块集成电路。除掉天然水中的有害杂质，制备符合要求的工业用水的过程，称为工业用水的净化。随着生活水平的提高，人们对饮用水水质的要求也越来越高，各种纯净水已作为商品进入了消费市场。净化水的方法很多，常用的有蒸馏法、化学转化法、电渗析法、反渗透法和离子交换法等。（１）电渗析法净化水电渗析法是在外电场作用下，利用阴阳离子交换膜对水中阴阳离子的选择透过性（即阳膜只能透过阳离子，阴膜只能透过阴离子），从而使水净化的一种物理化学过程。阴阳离子交换膜是高分子材料组成的具有离子交换基团的多微孔薄膜。阳离子交换膜含有酸性活性基团（—ＳＯ3Ｈ），在水溶液中解离为：基膜活性基团基膜固定离子交换离子Ｈ＋离子进入溶液，膜带负电，在外电场作用下溶液中的阴离子受排斥，而阳离子则被它吸引传递并通过微孔进入浓水室；相反，阴离子交换膜含有碱性活性基团（如—Ｎ（ＣＨ3）3ＯＨ），在水溶液中解离为：ＯＨ－离子进入溶液，膜带正电，在外电场作用下，溶液中的阳离子受排斥，而阴离子则通过微孔进入浓水室。这就是离子交换膜具有选择性透过的原因。设通电时，两极反应为：由于阴极室中Ｈ＋离子减少，ＯＨ－离子浓度增大，易与水中Ｃａ2+，Ｍｇ2+和ＨＣＯ3-等离子生成ＣａＣＯ3，Ｍｇ（ＯＨ）2沉淀。阳极室由于ＯＨ离子减少，极水呈酸性，导致电极被腐蚀。为此，极室要通水，以起导电及排气作用，并不断排除极室里的沉淀，保证电渗析器正常运行。电渗析器可将含盐量为１００ｍｇ·ｄｍ－３以下的低含盐量水处理为含盐量５０ｍｇ·ｄｍ－３以下的电渗析水。（２）离子交换法净化水离子交换法是离子交换树脂中可交换离子与水中杂质离子进行交换。离子交换树脂是分子中含有活性基团并能与其他物质进行离子交换的高分子化合物。含有酸性基团，因而能与其他物质交换阳离子的称为阳离子交换树脂（用Ｒ—Ｈ表示，Ｒ表示有机离子部分）。含有碱性基团因而能与其他物质交换阴离子的称为阴离子交换树脂（用Ｒ—ＯＨ表示）。自来水经过阳离子交换树脂时，水中的阳离子如Ｎａ＋，Ｃａ２＋，Ｍｇ２＋等被树脂吸附住，交换出Ｈ＋，发生如下反应：ＲＨ＋Ｎａ=Ｒ—Ｎａ＋Ｈ＋２ＲＨ＋Ｃａ２＋=Ｒ2Ｃａ＋２Ｈ+２ＲＨ＋Ｍｇ２＋=Ｒ2Ｍｇ＋２Ｈ+从阳离子交换树脂流出来的水流经阴离子交换树脂时，水中阴离子如Ｃｌ－，ＳＯ42-，ＣＯ32-等被阴离子交换树脂吸附住，交换出ＯＨ-，发生如下反应：ＲＯＨ＋Ｃｌ-=ＲＣｌ＋ＯＨ－２ＲＯＨ＋ＳＯ42-=Ｒ2ＳＯ4＋２ＯＨ-２ＲＯＨ＋ＣＯ32- =Ｒ2ＣＯ3＋２ＯＨ-阳离子交换树脂产生的Ｈ＋和阴离子交换树脂产生的ＯＨ－结合成水：Ｈ＋＋ＯＨ－＝Ｈ2Ｏ为了进一步提高水质，可在阴离子交换树脂柱后串接一个阴阳离子交换树脂混合柱，其作用相当于多级交换。树脂与水中离子进行交换后，交换量就会逐渐下降。到一定程度时，必须再生使用。所谓“再生”，就是用酸碱淋洗，将树脂中交换的离子洗入溶液，使化树脂复原。３　仪器和试剂（１）仪器电渗析器，直流电源，离子交换装置（碱式滴定管３支，滴定管夹，铁架，乳胶管，Ｔ形玻璃管，螺丝夹，玻璃纤维），烧杯（３０ｃｍ３）５个，电导率仪。（２）试剂阳离子交换树脂，阴离子交换树脂。４　实验内容（１）电渗析法净化水按２．６给出的方法操作电渗析器，仪器处于稳定工作状态后，分别取淡水、极室水和浓水约５０ｃｍ３于烧杯中，待检验。（２）离子交换法净化水１）仪器的安装：按图４．１０．１安装离子交换装置。在已拆除尖嘴的３支滴定管底部塞少量玻璃纤维，拧紧下端的螺丝夹，先各加入数立方厘米的去离子水，再分别加入阳离子交换树脂或阴离子交换树脂或质量比为１∶１混合的阴、阳离子交换树脂，树脂层高度在２５ｃｍ左右。装柱时，应尽可能使树脂紧密，不留气泡，否则必须重装。然后将套有粗橡皮管的乳胶管另一端与下一支滴定管的上端连接。２）离子交换：拧开高位槽螺丝夹，让（３）用电导率仪进行水质检验数据记录入下表中：５思考题（１）电渗析法和离子交换法净化水各有什么特点？验（２）从各交换柱底部所取水样的水质是否有差别？为什么？（３）如何保证离子交换树脂有较强的交换能力？（４）取水样时应注意些什么？