我有去离子水，你喝吗？

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我有去离子水，你喝吗？

2019 年 5 月 5 日 中科院物理所

天气渐热，整天泡在实验室甚至来不及喝口水的你们，有没有曾经对着实验室的水龙头闪过一丝异样的想法：这水能喝吗，解渴的那种？

（不要急，一起佛系喝水好不好）

我们都知道，美食千万条，安全第一条，食物不规范，亲人两行泪。那……食物就越干净越好喽？这可不一定，有时候人呐，还真得活的糙一点儿。不信？请您往下看。

去离子水用途多多

DI water

去离子水，常简称DI水（deionized water），是一种清除了钠，钙，铁，铜，氯化物和溴化物等矿物离子（盐）的纯净水形式。国际标准化组织ISO/TC 147规定的“去离子”的定义为：“去离子水完全或不完全的去除离子物质。”

我们常喝的自来水通常是将来自江河、水库的水源经过明矾沉淀、氯气消毒、滤料过滤、通氯再消毒等多道工艺处理后得到的，水质无色、无嗅、无味、无有害物质、无传染病菌，所以可以直接饮用。

（常见的水中杂质）

但是，水作为一种万能的溶剂，会溶解很多阴阳杂质离子如Na⁺，K⁺，Mg²⁺，Cl^-，SO₄^2-等。这些溶解在水中看不见摸不着的阴阳离子不仅能使水导电，还极易与其他物质反应从而严重影响实验和生产结果。所以，科研或工业用水必须去除离子等杂质，也就是使用上面提到的去离子水。

（两种去离子水技术要求参数举例 | 来源：百度文库）

（注：电导率的单位一般为S/m，其定义为截面积为1m²，长度为1m的导体的电导。但由于在化学水处理中，S/m这个单位太大，所以常用μs/cm作为其单位，该单位是S/m的10^-4）

水中含有的杂质离子数量的多少可以通过水的电导率来表示。根据电导率等级，可将去离子水分为以下几类：一般级别的去离子水的电导率为200-10μs/cm，食品级的为1-10μs/cm，工业级为0.1-0.9μs/cm，而电子级则一般小于0.07μs/cm。

由以上这些分类可以看出，去离子水的应用大多涉及科研和工业生产，如：作为微生物实验中的媒介、汽车中铅酸电池的补充水、药物及化妆品的添加剂，或用于实验室制备溶液、工业生产集成电路、海水净化、钢铁清洗用水等，可以说我们的生活已经离不开去离子水了。

去离子水可以大批量生产

DI water

这么有用的去离子水，其实我们自己也能做，只需要自来水、带盖子的烧水壶、烧水的火即可。没错，你猜对了，就是烧水！水沸腾时冒出的水蒸气可是很纯净的，当它们上升到较冷的水壶盖子上就会凝结成水珠，把这些水珠收集起来就是自制的去离子水啦~

（冒出来的蒸汽可都是去离子水啊）

工业生产中，常将上述方法称为蒸馏法，但要想大量生产去离子水，光靠收集水蒸气这种方式可真真是要亏惨了毕竟光烧水就得消耗多少能量啊。所以，人们想出了很多方法来制造大量且低成本的去离子水。目前常用的工艺方法有：反渗透、电渗析、离子交换树脂法以及多种方式结合的方法。但一般而言，不管采用何种方法生产去离子水，离子交换柱都是非常重要的一个环节。

经过粗过滤、活性炭过滤处理的原水，其大部分有机物、微生物等杂质已经得到了一定程度的净化，但水中的Ca⁺、Mg²⁺、CO₃^2-以及溶解的某些气体可不受过滤工艺影响，所以此时水中仍含有大量的正负离子。接下来，可以利用电渗析技术，将水通过带有正负电极和阴阳离子交换膜的电渗析器，可以将水中的正负离子置换出来，从而使流出来的水的离子浓度大大降低，减轻了后续工艺中离子交换树脂的负担。

（离子交换树脂表示超开心的~）

而后，就该王者-离子交换树脂上场了。

离子交换树脂是一种网状结构的有机高分子聚合物，颜色常为白色、黄色及褐色等，主要由作为载体的离子基团和可交换的活性基团组成。根据这些活性基团含酸性基或是碱性基，我们可以将离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。

（离子交换树脂说：看我大显身手！）

阳离子交换树脂可以吸收水中的阳离子（如Na⁺，K⁺，Mg²⁺，Ca²⁺等），即树脂上的H⁺被置换到水中并与水中的阳离子生成相应的无机酸：

同样，阴离子交换树脂上的OH^-离子可以电离被置换到水中，表现为水中的阴离子杂质（如Cl^-，SO₄^2-，CO₃^2-等）被树脂吸收：

将阴阳离子交换柱串联在一起配合使用，经过其净化后的水，原本含有的阴阳离子杂质分别被H⁺和OH^-离子取代，二者中和即可生成去离子水：

在生产过程中，为了使用方便，一般会把离子交换树脂装进圆柱状容器中，谓之离子交换柱。水从交换柱上部流入，通过树脂完成离子交换后由下部流出。一个阳离子交换柱加一个阴离子交换柱串联后为一级，而串联的级数越多，显然去除杂质的效果就越好。

但是，从离子交换法原理可知，这种方法只能对水中带有电荷的电解质杂质起到很好的净化作用，而对于其他不带电荷的有机杂质、细菌、病毒等，就必须要求助其他方法。我们可以用紫外光照射方法使水中的细菌不能存活，达到杀菌的目的。然后，用微孔过滤器将水中0.5μm以上尺寸的各种颗粒过滤掉。至此，我们就可以获得一般洁净度的去离子水啦~

去离子水也可以随制随用

DI water

以上制备方式常用来大批量工业化生产去离子水，但如果我们不需要如此大量的去离子水呢？当然有办法。现在专业制备去离子水的小型设备（又名“纯水机”）已经很常见了，当你想接水时，摁下开关，自然就有杂质含量达标的去离子水供你使用，接满了水，再按一下开关就可以关掉机器。这简直就跟接自来水一样方便啊。

（嗯？谁在叫我？）

大体来说，这种小型设备制备去离子水的原理与大批量生产线相似，按颗粒度由大到小去除杂质。通常针对不同的行业或不同的产品对水质的要求不同，去离子水设备涉及的工艺流程也不尽相同。

（去离子水设备制水原理举例 | 来源：百度文库）

一般而言，去离子水设备常采用先进的反渗透、混床等制备系统，将离子交换树脂充夹在阴/阳离子交换膜之间形成EDI单元，各EDI单元之间用网状物隔开形成浓水室，并在其两端设置阴/阳电极。而后在直流电的推动下，淡水室水中的阴阳离子分别穿过阴阳离子交换膜进入到浓水室，并被浓水室的水带出系统。通过这种方法，去离子设备可以有效地过滤水中的杂质、病菌、颗粒物等，制备出满足各工业用水标准的去离子水，并广泛用于饮用、科研、电子、制药、航空等各行各业，已经成为必不可少的产品系列。