一种水中痕量钠离子检测用自动碱化及浓缩系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水中痕量钠离子检测用自动碱化及浓缩系统及方法，包括水样碱化及浓缩系统、控制及反馈系统、水样分配及控制系统、电磁三通阀、pH检测传感器及钠离子测量系统；水样分配及控制系统的出口与水样碱化及浓缩系统的入口相连通，水样碱化及浓缩系统的出口与电磁三通阀的第一个开口相连通，电磁三通阀的第二个开口与pH检测传感器相连接，电磁三通阀的第三个开口与钠离子测量系统相连接，控制及反馈系统的输入端与pH检测传感器的输出端相连接，控制及反馈系统的输出端与水样碱化及浓缩系统的电源接口相连接，该系统及方法能够准确测量水样中钠离子的浓度。准确测量水样中钠离子的浓度。准确测量水样中钠离子的浓度。

【技术实现步骤摘要】
一种水中痕量钠离子检测用自动碱化及浓缩系统及方法


[0001]本专利技术属于水质指标分析检测领域，涉及一种水中痕量钠离子检测用自动碱化及浓缩系统及方法。

技术介绍

[0002]钠离子是各类发电机组以及蒸汽动力设备水汽系统需要重点监控的关键指标之一，实现水汽中钠离子的有效准确监控对防控凝汽器泄露、精处理运行工艺调整、避免汽轮机发生积盐等具有重要意义，因此各类发电机组在凝结水、精处理出水、给水以及蒸汽等测点均设置了在线钠表。目前工业在线钠表均采用电极法，即通过测量钠电极指示电极与参比电极之间的电动势，根据能斯特公式计算获得水样中钠离子活度(浓度)。基于其测量原理，电极法测量水汽中痕量钠离子存在一定技术缺陷：
[0003]1)钠电极对氢离子的选择性高于钠离子100倍以上，氢离子严重干扰钠离子测量的准确性，因此钠离子测量均要求在碱性环境下，对于ppb级钠离子要求水样pH在10.8～11.0以上，而对于核电站水汽系统ppt级钠离子则要求水样pH在12以上。目前对水样的碱化方法均为向水样中额外添加碱化剂—二异丙胺。一方面二异丙胺是具有毒性的化学药剂，大量使用不符合环保要求，另一方面二异丙胺的加入方式均为挥发蒸汽，加药量稳定性难以保障，无法确保钠离子测量的准确性；
[0004]2)发电机组水汽系统中钠离子含量基本低于5ppb，而工业在线钠表标定采用的标准溶液为pNa4(2300ppb)、pNa5(230ppb)等大含量钠离子标液。标定曲线对测量低浓度钠离子具备一定的偏差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种水中痕量钠离子检测用自动碱化及浓缩系统及方法，该系统及方法能够准确测量水样中钠离子的浓度。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所述的水中痕量钠离子检测用自动碱化及浓缩系统包括水样碱化及浓缩系统、控制及反馈系统、水样分配及控制系统、电磁三通阀、pH检测传感器及钠离子测量系统；
[0007]水样分配及控制系统的出口与水样碱化及浓缩系统的入口相连通，水样碱化及浓缩系统的出口与电磁三通阀的第一个开口相连通，电磁三通阀的第二个开口与pH检测传感器相连接，电磁三通阀的第三个开口与钠离子测量系统相连接，控制及反馈系统的输入端与pH检测传感器的输出端相连接，控制及反馈系统的输出端与水样碱化及浓缩系统的电源接口相连接。
[0008]所述水样碱化及浓缩系统包括由内到外依次分布的内电极、阳离子交换膜系统及外电极，其中，内电极与阳离子交换膜系统之间形成阴极区，阳离子交换膜系统与外电极之间形成阳极区，阳离子交换膜系统的侧壁上沿轴向设置有阳离子交换膜内置水样通道，控制及反馈系统与内电极及外电极相连接，阴极区的出口与电磁三通阀的第一个开口相连
通。
[0009]内电极为外层表面设置有第一铂金层的碳棒材料。
[0010]外电极为内层表面设置有第二铂金层的中空圆柱体钛材料。
[0011]第一铂金层及第二铂金层分别通过引线引出后与控制及反馈系统相连接。
[0012]第一铂金层的厚度为20～50μm。
[0013]阳离子交换膜系统的内外表面具备多孔支撑材料层。
[0014]阳离子交换膜系统能够使得水中的阳离子穿透，水样以及水中的阴离子均无法透过阳离子交换膜系统。
[0015]本专利技术所述的水中痕量钠离子检测用自动碱化及浓缩方法包括以下步骤：
[0016]1)待测水样通过水样分配及控制系统，分别进入阳离子交换膜内置水样通道、阴极区及阳极区内；
[0017]2)在阳极区处发生电解水的阳极反应，生成氢离子及氧气；
[0018]3)进入阳离子交换膜内置水样通道的样水中钠离子及铵根离子在电场的作用下迁移至阴极区；
[0019]4)在阴极区中发生电解水的阴极反应，生成氢氧根及氢气，其中，阴极区中包含从阳离子交换膜内置水样通道迁移来的钠离子及铵根离子以及电解水产生的氢氧根；
[0020]5)阴极区的出水通过电磁三通阀进入pH检测传感器，当pH检测传感器所测pH＜K时，则控制及反馈系统升高内电极与外电极之间的电场电压，加快阴极区的电解水反应，直至阴极区的出水pH≥K，然后将阴极区的部分出水通过电磁三通阀进入钠离子测量系统中进行钠离子检测，再根据钠离子的浓缩倍率以及钠离子测量系统的检测结果计算原水样的钠离子浓度。
[0021]K＝11。
[0022]本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术所述的水中痕量钠离子检测用自动碱化及浓缩系统及方法在具体操作时，基于电化学及电渗析原理，利用水的电解反应在水样碱化及浓缩系统中的阴极区内产生大量氢氧根，用于提供钠离子检测的碱性环境，在实际操作时，可以根据设定的pH值，通过调节施加到水样碱化及浓缩系统上的电压，对阴极区中水样的碱性进行控制，无需添加额外毒性化学药剂，另外利用不同区域样品流量的差别对钠离子进行浓缩富集，以提高钠离子的浓度，继而提高检测的准确性。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的结构示意图；
[0025]图2为水样碱化及浓缩系统3的结构图；
[0026]图3为水样碱化及浓缩系统3的截面图；
[0027]图4为水样碱化及浓缩系统3的工作原理图。
[0028]其中，1为控制及反馈系统、2为水样分配及控制系统、3为水样碱化及浓缩系统、4为pH检测传感器、5为电磁三通阀、31为内电极、32为阳离子交换膜系统、33为阳离子交换膜内置水样通道、34为外电极、35为阴极区、36为阳极区。
具体实施方式
[0029]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本专利技术公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本专利技术公开的概念。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0030]在附图中示出了根据本专利技术公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0031]参考图1至图4，本专利技术所述的水中痕量钠离子检测用自动碱化及浓缩系统包括水样碱化及浓缩系统3、控制及反馈系统1、水样分配及控制系统2、电磁三通阀5、pH检测传感器4及钠离子测量系统；
[0032]水样碱化及浓缩系统3包括由内到外依次分布的内电极31、阳离子交换膜系统32及外电极34，其中，内电极31与阳离子交换膜系统32之间形成阴极区35，阳离子交换膜系统32与外电极34之间形成阳极区36，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水中痕量钠离子检测用自动碱化及浓缩系统，其特征在于，包括水样碱化及浓缩系统(3)、控制及反馈系统(1)、水样分配及控制系统(2)、电磁三通阀(5)、pH检测传感器(4)及钠离子测量系统；水样分配及控制系统(2)的出口与水样碱化及浓缩系统(3)的入口相连通，水样碱化及浓缩系统(3)的出口与电磁三通阀(5)的第一个开口相连通，电磁三通阀(5)的第二个开口与pH检测传感器(4)相连接，电磁三通阀(5)的第三个开口与钠离子测量系统相连接，控制及反馈系统(1)的输入端与pH检测传感器(4)的输出端相连接，控制及反馈系统(1)的输出端与水样碱化及浓缩系统(3)的电源接口相连接。2.根据权利要求1所述的水中痕量钠离子检测用自动碱化及浓缩系统，其特征在于，所述水样碱化及浓缩系统(3)包括由内到外依次分布的内电极(31)、阳离子交换膜系统(32)及外电极(34)，其中，内电极(31)与阳离子交换膜系统(32)之间形成阴极区(35)，阳离子交换膜系统(32)与外电极(34)之间形成阳极区(36)，阳离子交换膜系统(32)的侧壁上沿轴向设置有阳离子交换膜内置水样通道(33)，控制及反馈系统(1)与内电极(31)及外电极(34)相连接，阴极区(35)的出口与电磁三通阀(5)的第一个开口相连通。3.根据权利要求1所述的水中痕量钠离子检测用自动碱化及浓缩系统，其特征在于，内电极(31)为外层表面设置有第一铂金层的碳棒材料。4.根据权利要求3所述的水中痕量钠离子检测用自动碱化及浓缩系统，其特征在于，外电极(34)为内层表面设置有第二铂金层的中空圆柱体钛材料。5.根据权利要求4所述的水中痕量钠离子检测用自动碱化及浓缩系统，其特征在于，第一铂金层及第二铂金层分别通过引线引出后与控制及反馈系统(1)相连接。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙明，田利，程阳，张良，陈丰，戴鑫，汪德良，邓涛，张国锋，沈肖湘，
申请(专利权)人：浙江西热利华智能传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：