化学实验室实验用水生产装置改进反思

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  为了将科学发现的过程以简捷的实验再现于课堂,有效地培养学生的实验设计能力和实验操作能力,实验便成了学生获取知识的“助推器”。从这一意义上来说,设计制作一种实用而价廉的实验室实验用水,并提供一套简单易行而又科学合理的用水装置,就显得尤为重要。
  
  一、改进实验用水生产装置的构想
  
  本着实用、可靠、价廉的原则,笔者参照大中型实验室用水配置的原理,利用小型反渗透膜净水机的本机,组合一套离子交换树脂和后置过滤芯,自制实验室实验用水。经试验,所生产的水完全可以达到实验室一、二级用水的标准。
  试验操作如下:
  此装置利用日产200—300升净水的家用净水机,采用改进措施,在反渗透膜和后置活性炭之间接上一组离子交换树脂(强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂),致使制得的水的电阻在lOMfl以上(符合实验室一级用水标准),此时测得TDS值为O,即水中离子物质得含量还不到百万分之一。
  这样,每台的价格可控制在1300元以内,年维护费只需300元左右。除一次性投入外,若按照我国大中城市目前的平均水价,则如此制取的实验室一级用水的价格每10升尚不足0.04元,而实验室一级用水的市场价是此价的100-300倍。两相对照,真是天壤之别。
  附,自我设计的实验室实验用水的牛产装置顺序图:
  1.5微米孔隙过滤芯(聚丙烯纤维);2.活性炭过滤芯;3.1微米孔隙过滤芯(聚丙烯纤维);4.增压泵;5.反渗透膜装置;6.阳离子交换树脂装置;7.阴离子交换树脂装置;8.椰壳活性炭过滤芯;9.0.2微米孔隙过滤芯;10.储水装置;11.不锈钢水龙头。
  
  二、改进后的实验用水生产装置的优越性
  
  这种改进后的实验用水生产装置的优越性是显而易见的。1.实验室用水,即使要求比较低,譬如,只要求三级,以家用的一般反渗透膜净水机装置制取的水也还是不达标的。据有关资料介绍:实验室三级用水可以是一次性蒸馏水,也可以是利用反渗透膜生产的水。既然如此,笔者为何仍要寻觅新法?原因在于:反渗透膜装置在启动时,TDS值会迅速攀升,在一分钟内,一般会迅速攀高到恒定值的几倍,乃至几十倍(视机的综合质量而定),旋即在几分钟内下降至一个恒定值。这种忽上忽下的不稳定性给实验造成种种麻烦。针对以上情况,经过笔者反复实践与研究,发现水对反渗透膜的渗透不是常规概念上的过滤,而是反渗透膜的两面水压对渗透起着关键作用的结果。当反渗透膜机关机后,膜两边的水压随之发生变化。经验告诉我,这与整个机的压力系统有着千丝万缕的联系;只有开机达一定时间,当系统压力均衡时,TDS值才会下降并恒定在某个数值范围。可见,这样的反渗透膜净水机在开机的3分钟左右时间内所出的水是不可能达到三级水标准的;只有在TDS值恒定时,收集存储的水才有可能符合三级水标准。而实验室人员在实验时都希望使用该机能立即出水,事实是不可能的。自我设计的实验用水生产装置较好地解决了这个问题。是为一。2.实验室直接使用离子交换树脂装置生产的水,不符合节约的原则。如果用离子交换树脂装置来生产实验用水,那么,树脂的需要再生频率就会很高,费工费时,经济上不划算。而自我设计的实验用水生产装置,每台价格仅1300元左右。是为二。3.在反渗透膜制水装置的适当部位安装一套阴阳离子交换树脂(一般应该先接入阳离子交换树脂,后接入阴离子交换树脂,可以更好的防止树脂内沉淀物的淤塞),这样,离子交换树脂所承受的仅仅是几至几十TDS值的水的离子交换量。这样,经改进本机“复活”后的使用寿命就会相对延长。是为三。4.所设计的新的装置一启动就能给水,且刚开始便达到一、二级水的标准,质量稳定。是为四。
  综上所述,改进后的直接安装在化学实验室的实验用水装置简约而实用,较好地解决了教育基地因经费短缺而形成的实验难以普遍开展的问题。当然,任何构想都要经过实践的反复验证,并逐步臻于完善。只有这样,才能充分体现构想的科学性和生产的应用价值。
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