Ultrazuiver water hars verwijst naar speciaal ontwikkelde ionenwisselaarharsen die worden gebruikt in waterbehandeling om ultrazuiver water te produceren. Dit water, ook wel ultrazuiver water genoemd, is vrij van bijna alle opgeloste ionen, organische onzuiverheden en deeltjes en wordt gebruikt in gevoelige industrieën zoals de productie van halfgeleiders, de farmaceutische industrie of bij de productie van gedemineraliseerd water (demiwater) voor stoomketels en laboratoria.
Inhoudsopgave
Technische principes van ultrazuiver water hars
Ultrazuivere waterharsen zijn synthetische, op polymeren gebaseerde materialen met functionele groepen die ionen uit het water verwijderen. Ze zijn gebaseerd op ionenuitwisselingstechnologie en zijn onderverdeeld in twee hoofdtypen:
Kationenwisselaarharsen
Deze harsen bevatten zure functionele groepen, meestal sulfonzuurgroepen (-SO₃H), die positief geladen ionen (kationen) zoals natrium (Na⁺), calcium (Ca²⁺) of magnesium (Mg²⁺) uit het water verwijderen. De ionen worden uitgewisseld tegen waterstofionen (H⁺).Anionenwisselaarharsen
Deze harsen hebben basische functionele groepen, meestal quaternaire ammoniumgroepen (-NR₄⁺), die negatief geladen ionen (anionen) zoals chloride (Cl-), sulfaat (SO₄²-) of nitraat (NO₃-) verwijderen. De anionen worden uitgewisseld voor hydroxide-ionen (OH-).
Door kationen- en anionenwisselaars te combineren, kunnen bijna alle opgeloste zouten worden verwijderd, omdat de vrijgekomen H⁺ en OH-ionen samen water (H₂O) vormen.
Eigenschappen van ultrazuiver water harsen
1. hoge uitwisselingscapaciteit
Ultrazuivere waterharsen hebben een hoog aantal actieve functionele groepen die een efficiënte verwijdering van ionen mogelijk maken. De uitwisselingscapaciteit wordt uitgedrukt in equivalente millimol per liter (mmol/L) of kilogram per harsvolume (eq/L).
2. structuur met fijne poriën
De poriënstructuur van de harsen is geoptimaliseerd om zowel kleine als grote ionen effectief te absorberen. Harsen met fijne poriën bieden een groter uitwisselingsoppervlak en verbeteren de efficiëntie.
3. chemische stabiliteit
Ultrazuivere waterharsen zijn chemisch inert voor sterke zuren en alkaliën, waardoor ze zelfs onder extreme bedrijfsomstandigheden kunnen worden gebruikt.
4. thermische weerstand
De harsen zijn doorgaans bestand tegen temperaturen tot 100 °C, waardoor ze geschikt zijn voor gebruik in thermische systemen.
5. mengbedharsen
In Reinstwasseranwendungen werden oft Mischbettharze verwendet, die aus einem sorgfältig abgestimmten Verhältnis von Kationen- und Anionenaustauschern bestehen. Diese Harze ermöglichen eine simultane Entfernung aller Ionen und liefern besonders niedrige Leitfähigkeitswerte (< 0,1 µS/cm).
Foto: Ons ALMA ION ionenwisselaarsysteem met voorwaarts ALMA FIL meerlagenfilter
Toepassingen van ultrazuiver water harsen
1. productie van ultrazuiver water
In de halfgeleider- en elektronica-industrie worden ultrazuivere waterharsen gebruikt om water te produceren met een extreem laag geleidingsvermogen (tot 0,055 µS/cm). Dit water wordt gebruikt als proceswater, bijvoorbeeld voor het spoelen van wafers, waarbij zelfs de kleinste onzuiverheden tot productiefouten kunnen leiden.
2. demiwater (volledig gedemineraliseerd water)
Ultrazuivere waterharsen worden vaak gebruikt om gedemineraliseerd water te produceren voor gebruik in stoomketels, laboratoria en de farmaceutische industrie. Gedemineraliseerd water is vrij van opgeloste zouten en voorkomt aanslag en corrosie.
3. behandeling van proceswater
In de chemische industrie is ultrapuur water nodig om te voorkomen dat chemische reacties worden beïnvloed door vreemde ionen. Ultrazuivere waterharsen helpen om de vereiste waterkwaliteit te bereiken.
4e polijstfase in omgekeerde osmose systemen
Na een omgekeerd osmosesysteem worden ultrazuivere waterharsen gebruikt om restionen te verwijderen en de waterkwaliteit verder te verbeteren.
Technische realisatie en dimensionering
De selectie en dimensionering van ionenuitwisselingssystemen met ultrazuivere waterharsen hangt af van verschillende factoren:
Type hars
- Sterk zure kationenwisselaar (bijv. H⁺ vorm): Voor het verwijderen van kationen in zout water.
- Sterk basische anionenwisselaar (bv. OH-vorm): Voor het verwijderen van anionen, vooral zware metalen en nitraten.
- Gemengde bedharsen: Voor de productie van ultrazuiver water in één processtap.
Uitwisselingscapaciteit
De capaciteit van de harsen wordt bepaald op basis van de ionenconcentratie in het ruwe water. Typische waarden liggen tussen 1,8 en 2,2 eq/L harsvolume.
Bedrijfsomstandigheden
- pH-bereik: Ultrapuurwaterharsen werken in een breed pH-bereik van 0-14.
- Temperatuur: Bedrijfstemperaturen liggen meestal tussen 5 en 50 °C.
Bedrijfsdruk
Het drukverlies door de harslaag moet zo laag mogelijk worden gehouden, maar ligt meestal tussen 0,1 en 0,3 bar.
Foto: Ionenwisselaar in GVK tanks(ALMA ION)
Regeneratie van ultrapuur water harsen
Ultrazuivere waterharsen kunnen worden hergebruikt door chemische regeneratie. Regeneratie wordt afzonderlijk uitgevoerd voor kationen- en anionenwisselaars:
Kationenwisselaar: Met verdund zuur (bijv. zwavelzuur of zoutzuur) om de kationen te vervangen door waterstofionen.
Anionenwisselaar: Met verdunde loog (bijv. natronloog) om de anionen te vervangen door hydroxide-ionen.
Gemengde bedharsen
De regeneratie van mengbedharsen vereist speciale processen, omdat de harsen afzonderlijk per type moeten worden geregenereerd en vervolgens gemengd. Dit proces wordt vaak extern uitgevoerd.
Essentiële prestatie-indicatoren van hars voor ultrazuiver water
De prestaties van een ultrazuiver water hars worden bepaald door de volgende parameters:
- Leitfähigkeit des Reinwassers: Ziel ist eine Leitfähigkeit < 0,1 µS/cm.
- Silicaatverwijdering: Efficiëntie in de verwijdering van silicaat (SiO₂), een kritieke parameter in ultrazuiver water.
- TOC-Wert: Total Organic Carbon, typischerweise < 5 ppb, um organische Verunreinigungen zu minimieren.
Uitdagingen en optimalisatie
Organische belasting
Organische onzuiverheden kunnen de uitwisselingscapaciteit van de harsen verminderen. Het gebruik van actieve koolfilters stroomopwaarts van de harssystemen kan deze vervuiling minimaliseren.
Silicaatvervuiling
Silicaat (SiO₂) is moeilijk te verwijderen en kan de efficiëntie van de harsen aantasten. Een upstream omgekeerd osmosesysteem kan de silicaatbelasting aanzienlijk verminderen.
Blokkeren en kanaliseren
Onvoldoende doorstroming kan leiden tot kanalisatie, waardoor de harsen niet volledig worden benut. Regelmatig terugspoelen van de harslaag kan dit probleem voorkomen.
Conclusie
Ultrazuivere waterharsen zijn essentiële onderdelen van waterbehandeling en maken de productie van zeer zuiver water voor veeleisende industriële toepassingen mogelijk. Door hun chemische stabiliteit, hoge uitwisselingscapaciteit en veelzijdigheid zijn ze onmisbaar bij de productie van ultrazuiver water en gedemineraliseerd water. Professionele dimensionering, het gebruik van hoogwaardige materialen en regelmatige regeneratie zorgen voor een efficiënte en economische werking. Ultrazuivere waterharsen leveren een belangrijke bijdrage aan het voldoen aan de hoge zuiverheidseisen van moderne technologieën.
Voor meer informatie over onze producten kunt u altijd contact met ons opnemen!
