Mười năm trước, không ít khách hàng tỏ ra ngạc nhiên khi nhìn thấy những thiết bị chuyên dùng để lọc nước máy. "Đã là nước máy sao còn phải lọc?" là phản ứng đầu tiên của khách hàng khi tiếp cận với dòng sản phẩm này.
1.NƯỚC SIÊU TINH KHIẾT
Nước siêu tinh khiết là một hợp chất hóa học chỉ có 2 thành phần là oxy và hidro, có công thức hóa học là H2O. Với các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrô và tính bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời sống.
2. ỨNG DỤNG
Trong y tế (nước cất)
- Là nguyên liệu trong các ngành sản xuất dược phẩm, chế phẩm y tế.
- Nguyên liệu cho hệ thống thiết bị chạy thận nhân tạo;
- Là dung môi pha chế hóa chất hoặc thực hiện một số phản ứng hóa học.
- Là dung môi thích hợp để rửa dụng cụ thí nghiệm.
Điều cần lưu ý nước dùng trong các lĩnh vực trên đêu phải vô khuẩn, độ tinh khiết cũng sẽ được tuân thủ theo các tiêu chuẩn quy định cụ thể.
Ví dụ: Đối với nước cất pha tiêm cần tuân thủ theo Dược điển Việt Nam, Dược điển quốc tế và một số tiêu chuẩn đặc trưng khác.
Trong các ngành công nghiệp:
- Là dung môi làm sạch sản phẩm thiết bị điện từ trường, linh kiện thiết bị điện tử;
- Chất làm mát trong các lò phản ứng sinh nhiệt;
- Là dung môi pha chế hóa chất hoặc thực hiện một số phản ứng hóa học.
Để có chất lượng đạt theo các tiêu chuẩn trên cũng như đáp ứng được các yêu cầu đặc trưng đối với từng lĩnh vực đòi hỏi cần có những biện pháp công nghệ tối ưu đảm bảo độ tinh khiết và độ vô khuẩn đối với dược phẩm.
3.QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
a, Khử khoáng bằng công nghệ DI Phương pháp xử lý trao đổi ion.
Sử dụng nguồn nước đầu vào là nguồn nước đã được xử lý thông qua hệ thống lọc thẩm thấu ngược. Quá trình xử lý diễn ra bởi việc sử dụng hạt nhựa trao đổi ion. Hạt nhựa trao đổi ion là hợp chất hữu cơ cao phân tử gồm 2 phần: Phần 1 là khung hữu cơ cao phân tử có cấu trúc không gian và phần 2 là gốc ion trao đổi. Gốc ion trao đổi lại do 2 thành phần nhỏ hơn cấu thành, một phần gắn chặt vào khung hữu cơ cao phân tử tạo thành một ion cố định (âm hoặc dương) và một phần là ion linh hoạt, hoạt động có điện tích ngược dấu (dương hoặc âm). Phần ion linh hoạt chính là phần có thể trao đổi ion.
Một cách dễ hiểu hơn, ta có thể coi hạt nhựa trao đổi ion có hai thành phần là ion trao đổi (H+ hoặc OH-) gắn trên thành phần gốc polyme (R- hoặc R’-). Hạt nhựa trao đổi ion có phần ion linh hoạt là ion H+ gọi là hạt nhựa trao đổi ion dương hay Cationit (Cation Resin). Hạt nhựa trao đổi ion có ion linh hoạt là ion âm OH- gọi là hạt nhựa trao đổi ion âm hay Anionit (Anion Resin). Nhựa trao đổi ion được điều chế bằng các phản ứng polyme hay copolyme hoá dưới dạng các hạt hình cầu có đường kính khoảng 0,5 mm để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc trong quá trình xử lý nước.
Quá trình xử lý được tiến hành kết hợp cả trao đổi anion và cationit diễn ra như sau:
- Trao đổi Cation:
Cho nước cấp đi qua bình đựng các cationit (hạt nhựa trao đổi ion dương ) như R-Na, RH, R-NH4…trong đó R- là gốc của cationit không hoà tan trong nước, đóng vai trò là anion (ion âm) trong nước quá trình phản trao đổi diễn ra phản ứng: RHn + Xn+ ↔ RXn+ + n.H+ (I) (R là gốc nhựa; Xn+ là cation hóa trị n+)
Khi đó các cation dễ đóng cáu cặn có trong nước như Ca2+, Mg2+ …sẽ trao đổi với các cation dễ hoà tan của cationit như Na+, H+, NH4+ … Như vậy các cation dễ đóng cáu cặn được cationit giữ lại, còn các cation sẽ hòa tan vào dòng nước.
- Trao đổi anion:
Cho nước đi qua lớp anionit R’OH, quá trình tiếp xúc hạt nhựa sẽ diễn ra phản ứng như sau:
R(OH)m + Ym- ↔ RYm + m.OH- (II) (R là gốc nhựa; Ym- là anion hóa trị m-)
Người ta dùng phương pháp này kết hợp phương pháp trao đổi cation ở trên để khử hoàn toàn các ion có trong nước.
Ngoài ra người ta còn dùng các phương pháp điện trường, từ trường, siêu âm… để xử lý nước.
Sau quá trình phản ứng, các cationit sẽ mất dần khả năng trao đổi cationit. Do vậy phải hoàn nguyên khả năng trao đổi cation cho các cationit, hay còn gọi là tái sinh hạt nhựa trao đổi ion dương.
Quá trình hoàn nguyên hạt nhựa thực chất là công đoạn bổ sung các ion linh hoạt cho hạt nhựa:
Sau một thời gian vận hành, các tháp trao đổi sẽ hết khả năng. Hạt nhựa lúc này đã hấp phụ gần như no các ion, khả năng trao đổi của hạt nhựa rất kém. Để phục hồi khả năng trao đổi ion, cần phải tái sinh hạt nhựa. Đối với hạt cation, hoàn nguyên bằng cách cho hạt nhựa đã no phản ứng với axits, phản ứng xảy ra theo chiều nghịch của phản ứng (I). Đối với hạt anion, hoàn nguyên bằng cách cho hạt nhựa phản ứng với kiềm, phản ứng này xảy ra theo chiều nghịch của phản ứng (II).
Ngoài phương pháp khử khoáng trên thực tế còn có các phương pháp xử lý khác như dùng điện trường, từ trường, chưng cất, chiết ly,....
b, Công ngệ EDI (phương pháp khử khoáng bằng điện trường kết hợp trao đổi ion)
EDI (Electro – de – ionization) là sự kết hợp giữa điện trường, màng trao đổi ion, và hạt nhựa. Nguyên lý hoạt động dựa trên tác dụng của điện trường khiến ion dịch chuyển về các cực theo lực hút tương ứng quá trình di chuyển sẽ đi qua các lớp màng ion khiến chúng không còn khả năng quay trở lại khi đó chúng sẽ bị áp lực dòng thải quốn theo dòng chảy đưa ra ngoài.
Quá trình hoạt động của thiết bị EDI thực hiện đồng thời 3 giai đoạn:
+ Khử ion: Loại bỏ các ion bởi các cationit tích điện dương và anionit tích điện âm. Nhựa cationit dùng gốc hydro sẽ loại bỏ các cation như canxi, magie, kali, lưu huỳnh, amoni .. Nhựa anionit gốc hydroxit thay thế các anion như clorua, bicacbonat, sulfat, nitrat, silica .. bằng ion hydroxit. Kết quả của việc trao đổi là các ion H+ và ion OH- thay thế cho các ion cation và anion trong nước kết hợp với nhau tạo thành nước tinh khiết.
+ Di chuyển ion: Khác với trao đổi ion, khi nhựa cation và anion đã thay thế hết các ion H+ và OH- cần phải tái sinh bằng axit và xút. Với thiết bị EDI, nguồn điện cung cấp một dòng điện giữa 2 cực, dòng chuyển dời từ cực dương đến cực âm. Khi các ion bị loại bỏ khỏi nước, các cation bị hút đến cực âm, các anion bị hút đến cực dương. Khi nước được đưa vào thiết bị EDI, các ion tích điện dương di chuyển qua nhựa cation và di chuyển qua màng trao đổi cation vào khoang tập trung do bị hút đến cực âm. Tương tự các ion tích điện âm di chuyển qua nhựa anion và di chuyển qua màng trao đổi anion vào khoang tập trung do bị hút đến cực dương.
Khi các ion di chuyển qua các màng vào khoang tập trung sẽ không thể di chuyển đến điện cực do việc bố trí vị trí của màng, màng cation nằm về phía cực dương và màng anion nằm về phía cực âm. Nước tại khoang tập trung là nước thải có chứa các cation và anion cần loại bỏ.
+ Tái sinh:
Khác với hình thức trao đổi ion thông thường là phải sử dụng axit và xút để tái sinh nhựa, thiết bị EDI không cần phải tái sinh bằng axit và xút, mà thay vào đó nó tận dụng dòng điện được sử dụng trên toàn module EDI. Điện gây ra một tỷ lệ nhỏ các phân tử nước phân ly thành các ion hydro và hydroxit, nên nó liên tục tái sinh nhựa cation và nhựa anion mà không phải dừng thiết bị để tái sinh. Chính vì vậy hoạt động của thiết bị EDI là liên tục, các ion liên tục được loại bỏ và nhựa được tái sinh liên tục nhờ quá trình tách ion của điện.
Ưu điểm:
*Không dùng đến hóa chất để tái sinh;
*Trong quá trình hoạt động không gây ra ô nhiễm, thuộc loại sản phẩm làm sạch, tiết kiệm nước dùng khôi phục và thiết bị xử lý nước bẩn;
*Không vì tái sinh mà ngưng máy;
*Hoạt động liên tục, chất lượng nước ổn định ít biết đổi. Nước siêu sạch qua công nghệ EDI có điện trở suất lên đến 18ＭΩ•cm;
*Hoạt động ổn định, bảo trì đơn giản, lắp đặt nhanh gọn, giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng.
*Chiếm ít diện tích.