用于生产超纯水的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生产净化水的方法，所述方法包括使水通过包含直径在0.2‑0.7 mm之间的珠的混合床离子交换剂的步骤(a)和使水通过纤维离子交换材料的步骤(b)。本发明专利技术进一步涉及一种包含混合床离子交换树脂和纤维材料的模块，以及一种包含混合床离子交换树脂和纤维材料的用于生产超纯水的水处理系统。

Method for producing ultrapure water

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产超纯水的方法本专利技术涉及一种用于生产净化水的方法，所述方法包括使水通过包含直径在0.2-0.7mm之间的珠的混合床离子交换剂的步骤(a)和使水通过纤维离子交换材料的步骤(b)。本专利技术进一步涉及一种包含混合床离子交换树脂和纤维材料的模块，以及一种包含混合床离子交换树脂和纤维材料的用于生产超纯水的水处理系统。通过若干技术的组合，由市政水制备实验室超纯水。通常，活性炭、反渗透、离子交换树脂、微过滤/超滤、紫外线照射和无菌级微过滤单独或组合用于净化水。超纯水精制为水净化的最终步骤。Milli-Q®(得自德国Darmstadt，MerckKGaA的商品)采用离子交换树脂、活性炭、光致氧化UV灯、微过滤和/或超滤。超纯水(或1型水)通常通过大于18MΩ·cm(在25°C下)的电阻率和小于20份每十亿(ppb)的总有机化合物(TOC)值来表征。2型水通常通过大于1.0MΩ·cm的电阻率和小于50ppb的TOC值来表征。3型水为最低级别实验室水，推荐用于例如玻璃器皿漂洗或加热浴，或供给1型实验室水系统。其通过大于0.05MΩ·cm的电阻率和小于200ppb的TOC值来表征。在现有技术中，在超纯水生产中的最终的精制步骤通过使用允许除去阴离子和阳离子的离子交换介质而完成。离子交换树脂为已知的，并且证明用于在纯水和超纯水生产中从水中消除离子杂质。通常，这些为球形聚合的苯乙烯珠，具有0-16%的二乙烯基苯交联，通过磺化(对于阳离子交换)和氨基化(对于阴离子交换)官能化，并且分别通过强酸和强碱溶液，或其他技术诸如电化学再生进行再生。在这方面，术语“树脂”指足够混合比的阴离子和阳离子交换树脂二者的混合介质，导致对于两种类型的离子具有同等容量或对于特定的水应用具有不对称容量。用于纯水和超纯水生产的树脂需要高再生程度，诸如95-99%，或甚至更高。这意味着该百分数的离子交换部位再生为H形式(对于阳离子交换)和再生为OH形式(对于阴离子交换)。对于超纯水精制，需要高树脂纯度，即，具有非常低含量的污染物，以及总有机碳的极低浸出。出于该原因，通常将树脂进一步纯化。在科学和工业中，用于纯水和超纯水生产的水去离子通常通过离子交换树脂珠进行。去离子筒的尺寸取决于预期的流速、待处理的体积和生产的水的品质。例如，用于小实验室水系统的一次性筒可含有1-3L的树脂，而用于大工业规模的树脂瓶通常含有5-20L的树脂。当今，粒状珠类型树脂为在工业和市场中可得的唯一介质。所有粒状介质包含直径约600-700µm的颗粒，为离子交换水去离子的工业使用的标准尺寸。通常，当经RO预处理的市政水(5-25µS/cm电导率)用于进料超纯水系统时，筒柱高度应为700-1000mm，用于实现呈现18.2MΩ·cm的电阻率的水品质。为了允许足够的接触时间以在一次通过处理中消除离子，确定筒的直径。例如，具有4个盆的较早的Milli-Q®系统(Millipore)的内筒直径为69mm且总树脂高为900mm，反映用于实现超纯水品质最小所需的树脂高。降低筒高度可导致降低水品质(即，不能达到超纯级别)或降低筒寿命。在用于水去离子的离子交换筒的寿命中，可限定三个区，如在图1中说明的。最小树脂高度称为“离子交换区”，其负责实现预期的水品质。高度是随着给水品质、速度和目标流出物品质而变的变量。仅具有该离子交换区的水处理筒足够完成实现水品质，但是具有零容量。当继续水处理时，因为树脂饱和，该区向前进展。该区的高度取决于树脂动力学：较快动力学树脂具有较短的区，较慢动力学树脂具有较长的区。该交换区上游的区称为“容量区”。该区越长，可得的容量越高。这意味着在现有技术中筒的尺寸可仅通过降低容量区，降低筒的容量而降低；而在不损失水品质的情况下，离子交换区不能被缩短。降低该区的唯一方式是通过改进树脂的动力学。离子交换区下游的最后一个区称为“微量去除区”，其特别用于在超纯水系统中使用的筒。已连续试图改进这样的标准离子交换介质的动力学，以便提供更好表现的精制方案。在水过滤中使用纤维离子交换材料的最早的尝试在1965年公布(GB1123908A)。该文件描述了在悬浮液中或作为预涂布的过滤器，使用纤维离子交换材料，最终后树脂DI处理，以消除微量离子。JP50083267A公开了离子交换树脂和离子交换纤维的组合。高动力学纤维离子交换剂逐渐地混合至离子交换树脂床中，而更多的纤维存在于DI出口侧。这样的排列提高离子交换树脂容量。EP0195819B1公开了一种用于离子交换的方法，其中纤维材料与树脂组合使用或与树脂混合。JP1648665描述了一种使用这样的离子交换方法的超纯水生产系统。其他公开描述了在水处理中单独使用纤维介质，即，不与其他树脂组合。JP2003-251118A公开了一种纤维离子交换剂作为最终的过滤装置，以从水中消除颗粒以及超微量金属离子。以上引用的文件共同之处在于所描述的纤维离子交换材料为几毫米长度的短的微纤维。由于其直径小，其呈现高度展开的离子交换表面。然而，这样的材料的缺点在于，其在柱操作中可产生高压降，并且其可能难以处理。在这方面，具有微米直径或毫米长度的纤维片可能从柱泄露。由于这些缺点，纤维离子交换材料未成功地用于水去离子或纯水/超纯水生产，尽管它们有利的较快动力学。近来的辐射接枝技术允许在惰性和机械上强的基材(诸如聚乙烯和聚丙烯)上插入离子交换官能团。这样的纤维保持它们的初始性质，并且可具有各种不同的形式，诸如线、纺织品和织物。此外，这样的离子交换材料呈现动力学优势，与高度表面展开的粉末树脂类似(Jyo等人，2004，Ind.Eng.Chem.Res.43，1599-1607)。然而，同时，这样的纤维离子交换介质的使用非常受限，因为与类似体积的标准离子交换树脂相比，其离子容量几乎是1/10。因此，本专利技术的目的是改进水精制方案的动力学，而没有产生以上提及的缺点。意外地发现标准离子交换介质与纤维离子交换材料的组合导致在水处理中非常好的性能，其同时改进了介质的容量和消耗品的紧密度。在第一实施方式中，本专利技术因此涉及一种用于生产净化水的方法，所述方法包括使水通过包含直径在0.2-0.7mm之间的珠的混合床离子交换剂的步骤(a)和使水通过纤维离子交换材料的步骤(b)。根据本专利技术，术语净化水指如上定义的1型、2型或3型水，或DI(去离子)水。在优选的实施方式中，净化水为超纯水，即，1型水，其通过大于18MΩ·cm(在25°C下)的电阻率和小于20份每十亿(ppb)的总有机化合物(TOC)值表征。在本专利技术的方法中，步骤(a)和步骤(b)可以任何顺序实施，即，步骤(a)可在步骤(b)之前实施，或步骤(b)可在步骤(a)之前实施。在优选的实施方式中，步骤(a)在步骤(b)之前实施。在这种情况下，水首先通过包含直径在0.2-0.7mm之间的珠的混合床离子交换剂，然后通过纤维离子交换材料。步骤(a)的离子交换剂为通常呈珠形式的不溶性基质，由有机聚合物基材(离子交换树脂)制造。根据本专利技术，使用凝胶-类型离子交换剂，其包含分别呈珠形式的阴离子交换颗粒和阳离子交换颗粒的混合物(“混合床”)。珠通常为多孔的，提供高表面积。通常，阴离子交换颗粒能使氢氧根阴离子与溶液中的阴离子交换。阳离子交换颗粒能使氢离子与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种用于生产净化水的方法，所述方法包括使水通过包含直径在0.2‑0.7 mm之间的珠的混合床离子交换剂的步骤(a)和使水通过纤维离子交换材料的步骤(b)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.13 EP 17290018.51.一种用于生产净化水的方法，所述方法包括使水通过包含直径在0.2-0.7mm之间的珠的混合床离子交换剂的步骤(a)和使水通过纤维离子交换材料的步骤(b)。2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述净化水为超纯水。3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于步骤(a)在步骤(b)之前实施。4.根据权利要求1-3中一项或多项的方法，其特征在于所述混合床离子交换剂由阴离子交换颗粒和阳离子交换颗粒的混合物组成。5.根据权利要求1-4中一项或多项的方法，其特征在于所述混合床离子交换剂基于苯乙烯二乙烯基苯共聚物。6.根据权利要求1-5中一项或多项的方法，其特征在于所述纤维离子交换材料为非织造纤维离子交换材料。7.根据权利要求1-6中一项或多项的方法，其特征在于所述纤维离子交换材料包含纤维阳离子交换材料的层和纤维阴离子交换材料的层，所述纤维阳离子交换材料包含阳离子交换基团已通过辐射诱导的接枝聚合引入其中的基材，所述纤维阴离子交换材料包含阴离子交换基团已通过辐射诱导的接枝聚合引入其中的基材。8.根据权利要求1-7中一项或多项的方法，其特征在于所述纤维离子交换材料基于聚丙烯基材，在该基材中磺酸基团或季铵基团已通过辐射诱导的接枝聚合引入。9.根据权利要求1-8中一项或多项的方法，其特征在于所述混合床离子交换剂的体积与所述纤维离子交换材料的体积的比率在10:1和1:5...

【专利技术属性】
技术研发人员：加纳一郎，G迪马，J格罗斯，Y拉蒂尤维勒，
申请(专利权)人：默克专利股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE