低压和超低压反渗透膜在半导体工业水处理中的应用.doc

1 低压和超低压反渗透膜在半导体工业水处理中的应用摘要:本文介绍了 ESPA 超低压膜主要特点。同时还列举了超低压 ESPA 膜和低压 CPA2 或 NTR-759 膜与醋酸纤维 CA 膜在操作压力、透过水量、脱盐率方面的比较, 研究了各种方法和各种反渗透膜对 TOC 和细菌内***的去除效果比较, 并成功的应用在空间材料制备用水、高纯化学试剂生产用水、机车电瓶用水及建材制板用水上, 取得了很好的效果关键词: 低压或超低压反渗透复合膜 TOC 细菌内***兆位电路前言半导体材料和器件的制备,需要高质量的高纯水,要求低 TOC( < 5ppb) 、低细菌内***(< ) , 目前电 2 子行业已广泛采用反渗透技术,下面就如何选用更合理的反渗透膜,简述于下: 众所周知,反渗透( RO )是一种在压力驱动下,借助于半透膜的选择截流作用将溶液中的溶质与溶剂分开, 无论低压复合膜[1-2] 或超低压复合膜[3-5] , 都是以水的透过速率大小、脱盐率高低来衡量膜的好坏, 而水的透过速率即水通量的大小与驱动压力成正比,如能达到一定的水通量时,所需的驱动压力越低, 则不仅降低能耗, 同时也降低泵、压力容器及管材等设备投资。本文介绍了 ESPA 超低压膜主要特点。同时还列举了超低压 ESPA 膜和低压 CPA2 或 NTR-759 膜与醋酸纤维 CA 膜在操作压力、透过水量、脱盐率方面的比较, 研究了各种方法和各种反渗透膜对 TOC 和细菌内***的去除效果比较, 并成功的应用在空间材料制备用水、高纯化学试剂生产用水、机车电瓶用水及建材制板用水上,取得了很好的效果。一、 TOC 、细菌、细菌内***、颗粒对大规模集成电路的影响随着电子工业的发展对高纯水提出了越来越高的 3 要求。例如[6] , 制作 16K 位 DRAM 允许水中 TOC ( 总有机碳)为 500ppb 、金属离子为 1ppb 、≥ μm 的颗粒为 100 个/ 毫升; 而制作 16M 位 DRAM 时, 则要求 TOC < 5ppb 、金属离子< 、水中≥ μm 颗粒数为 个/ 升。 TOC ,细菌及细菌内***对大规模集成电路的影响。 DRAM 对颗粒和 TOC 的要求天然水、自来水等各种水源中都存在着热原。目前比较一致的认识是热原是指多糖类物质[7] ,也就是细菌内***。细菌内***是革兰氏阴性菌的细胞壁外壁层上的特有结构——脂多糖,所以,哪里有细菌,哪里就有细菌内***。其结构为单个粒子,其分子量在 10000~20000 之间范围内, 体积为 1~50 μm ,细菌内***在水中可以形成比较大的成团密集体,造成颗粒性污染。细菌内***含磷多糖体 75% ,磷脂 12~15% 及有机磷酸盐 6~7% ,造成 TOC 污染,由于含很 4 高的磷, 在硅中是 N 型杂质, 贡献导电电子, 形成不可控制的污染,严重的影响器件的性能和成品率[8] 。由于细菌及细菌内***都会产生颗粒性污染及 TO C的污染, 由图 1、图2 明显看出颗粒性污染及 TOC 的污染对大规模集成电路的影响, 因此在兆位电路用水中对 TOC 、细菌及细菌内***的含量要严格控制。二、超低压卷式复合膜的主要特点 与 CA 膜和低压复合膜相比, ESPA 、 ES10 、 ES2 0 膜达到同样产水量时所需的操作压力大为降低, 换句话说在相同的操作压力下其产水量高出其它膜,见图 3。图3 部分卷式反渗透膜性能比较由图 1 看出在压力一定时 ESPA , ES20 膜的产水量是 CPA2 或 NTR-759HR , BW30 膜产水量的一倍,而 CPA2 或 NTR-759HR , BW30 膜的产水量是 CA 膜的 5倍, 换句话说若同样的产水量,则所需的操作压力要求低很多。 5 低压和超低压膜,如 CPA2 , NTR-759 膜和 ESP A 膜, 脱除水中二氧化硅能力, 均在 98% 以上, 标准条件下二氧化硅的脱除率见图 4。图4 不同压力时两种膜的脱硅效果[ 测试条件] 进水溶液: SiO2 浓度 41ppm , 温度: 18℃ 化学稳定性,以 ESPA 膜, CPA2 或 NTR-759 膜的耐***性为例,如图 5 所示。图5 两种膜的耐***性能[ 通水条件] 进水压力: ;供给液游离***浓度: 100ppm ;供给液 pH=6 6 [ 测试条件] 进水溶液: % 食盐水;进水压力: ; pH 值: ;温度: 25℃由于 ESPA 膜没有改变复合膜材料的化学成分, 因而保持了复合膜的所有优点。其化学稳定性和脱盐率均与低压复合膜相同。三、用一级反渗透 RO 、双级 RO 、蒸馏法、紫