[发明专利]一种基于离子浓度的海水淡化液盐含量的精确测试方法及其专用设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于离子浓度的海水淡化液盐含量的精确测试方法及其专用设备。

技术背景

水资源正在变成一种宝贵的稀缺资源，水资源问题已不仅仅是资源问题，更成为关系到国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。水已成为许多国家在能源危机之后的另一场危机。在这种形势下，海水淡化日益受到人们的重视。海水淡化即利用海水脱盐生产淡水，作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。如何精确测量海水前后的盐浓度是海水淡化过程重要的技术环节。精确测量海水前后的盐浓度可以通过测定海水中某一离子如钠离子浓度的变化情况来获得，那么如何精确测定海水中的钠离子含量是本技术的关键。离子选择电极是分析溶液中离子的活度或浓度的一种新的分析工具，是过去几十年来发展最迅速的分析技术之一。目前通过离子选择性电极测量电池电动势直接求出待测物含量的方法主要有直接比较法、标准加入法和标准曲线法三种。而目前应用最多的是标准曲线法，但其缺点是它是一种经验做法，没考虑活度系数的修正，仅适于低浓度、小范围的浓度测定。

针对以上情况，本发明提出一种基于离子浓度的海水原水及淡化产物(以下简称海水淡化液)盐浓度的精确测试方法及其专用设备。该方法考虑了活度系数的修正，提高了测量的精度和适用范围，从而可以得出标准电势E⁰和斜率S值，由简化的Pitzer方程(不考虑交互参数)计算得到水中NaCl的活度系数，由此根据Nernst方程推导出海水淡化液钠离子浓度与海水淡化液中NaCl的电动势之间的函数关系式。因此，在实际应用中，根据上述函数关系式，由测得的海水淡化液中NaCl的电动势就可以直接得出海水淡化液中钠离子浓度。该方法不仅仅适用于低浓度、小范围的浓度测定，而且同时适合于大范围的海水淡化效果精确测定，并且精确度更高，又无需在线性范围内，无需添加标准缓冲溶液。因此，是现有技术的升级版。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于离子浓度的海水淡化液盐含量的精确测试方法及其专用设备，它可以通过测定海水中NaCl电动势直接得出海水中的钠离子浓度，以此来确定海水淡化液中的盐含量。

为实现上述目标，本发明的技术方案如下：

一种基于离子浓度的海水淡化液盐含量的精确测试方法，它是由测量部分-校正部分-传输部分-控制部分-显示部分五个部分构成，测定原理如图1，其步骤如下：

(1)为了提高钠离子玻璃电极E2和氯离子选择性电极E1的稳定性，实验前必须进行预处理，钠离子玻璃电极E2在浓度为10^-4mol/LNaCl溶液中浸泡2小时，氯离子选择性电极E1在浓度为10^-3mol/LNaCl溶液中浸泡1小时，

(2)选择氯离子选择性电极E1和钠离子玻璃电极E2两种指示电极分别做正负极，与本发明仪器I1(除测量部分外的其他部分，下同)连接构成原电池，温度传感器T1与本发明仪器I1相应的接口连接，用于测定待测液的温度，待测液放入恒温水浴装置W1中，用于保持温度为25℃不变，

(3)一系列不同离子强度的标准溶液(NaCl溶液)作为校正液，放入恒温水浴装置中，通过测量系统得到一系列NaCl溶液中活度与电动势的关系，再通过Pitzer方程计算得到的活度系数的修正，由Nernst方程得出浓度与电动势之间的关系，通过校正系统进行校正，得出标准电势E⁰和斜率S的值，斜率S和Nernst方程中的理论斜率的相对误差不能超过1.5％，否则进行电极更换，

(4)将校正得到的标准电势E⁰和斜率S的值通过传输部分传输到本发明仪器I1控制部分，和简化的Pitzer方程计算得到的海水中NaCl活度系数的修正两者的结合，由Nernst方程从理论上得出海水淡化液中钠离子浓度与海水淡化液中NaCl的电动势之间的函数关系式，

(5)实际应用中，只需要以氯离子选择性电极和钠离子玻璃电极两种指示电极分别做正负极，将其连接构成原电池，通过测量部分测定未知浓度的海水淡化液中NaCl的电动势，代入上述的函数关系式，在本发明仪器I1显示部分直接显示海水淡化液中的钠离子浓度，即可直接得到海水淡化液中的钠离子浓度。

上述一种基于离子浓度的海水淡化液盐含量的精确测试方法，所述的NaCl溶液活度系数计算方法选择的是单一电解质溶液平均离子活度系数计算方法—Pitzer方程。用已知钠离子浓度c的NaCl溶液和Pitzer方程计算得到此时的活度系数，回归得到NaCl溶液活度系数与浓度c的关系为：