３分でわかる技術の超キホン「イオン交換水」とは？純水の作り方と特徴を解説

水　イメージ

１．水の種類とイオン交換水

私たちの生活に欠かせない「水」ですが、純度や応用目的によって様々な種類があります。

例えば「水道水」の中に様々な不純物を含んでいます。しかし、精密電子業界の製造用水はとても純度の高い「超純水」を使わなければいけません。
イメージとしては、50ｍプールを「水道水」「純水」「超純水」で満たした場合、その不純物の量はそれぞれドラム缶2本分、コップ1杯分、スプーン1杯分といった感じです。

ちなみに、私たちがよく見かける飲料水も次のように様々な種類があります。

軟水：硬度100 mg/L未満の水
硬水：硬度100 mg/L以上の水
天然水：自然の源水を使って、ろ過、沈殿、加熱殺菌のみの加工を行った水
ミネラルウォーター：地下水を原水とする水
海洋深層水：水深200ｍ以上の海水を処理した水

イオン交換水とは？純水とは違う？

「イオン交換水」（脱イオン水）は、純水（精製水）の一種です。
「純水」は、一般的には水道水から不純物を除いた水です。純水は作り方（製造プロセス）の違いによって、イオン交換水以外にも蒸留水やElix水などの種類があります。

この記事では、イオン交換水の基礎知識をご紹介します。
なお、関連記事「イオン交換樹脂とは？種類(分類)/原理/特徴/用途など要点解説」では、イオン交換樹脂の原理についてご説明しています。そのイオン交換樹脂を使用して、水中の不純物を除去して作った純水のことを、一般的に「イオン交換水」または「脱イオン水」と呼びます。

２．イオン交換水のつくり方（製造原理）

水道水に含まれる不純物イオンとしては、主にカルシウムイオン（Ca²⁺）、マグネシウムイオン（Mg²⁺）、カリウムイオン（K⁺）、ナトリウムイオン（Na⁺）、塩化物イオン（Cl⁻）、硫酸イオン（SO₄²⁻）、硝酸イオン（NO₃⁻）などがあります。

これらの不純物をイオン交換樹脂により除去できます。カチオン交換樹脂により水中のNa⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺など陽イオン不純物、アニオン交換樹脂により硫酸イオンSO₄²⁻、NO₃⁻などの陰イオン不純物を除去します。

式1と2でNa⁺とCl⁻を例として、イオン交換水の製造原理を示しております。

　H⁺SO₃^2-　+　Na⁺　⇔　Na⁺SO₃^2-　+　H⁺　　・・・（式1）
　CH₂N⁺(CH₃)₃OH^– + Cl^– ⇔　CH₂N⁺(CH₃)₃ Cl^–　+　OH^–　　・・・（式2）
　H⁺ +　 OH^–　→　H₂O　　・・・（式3）