半導(dao)體材(cai)料(liao)和器(qi)件(jian)的(de)(de)制備，需要高(gao)質量(liang)的(de)(de)高(gao)純水(shui)，要求低TOC(＜5ppb)、低細菌(jun)內毒素(＜0.03EU/ml)，目(mu)前電(dian)子行業已(yi)廣泛采(cai)用反(fan)滲透技(ji)術，下面就(jiu)如何選用更合理的(de)(de)反(fan)滲透膜，簡(jian)述(shu)于下：

眾(zhong)所(suo)(suo)周(zhou)知，反滲透(tou)(tou)（RO）是一種(zhong)在壓力(li)驅動(dong)(dong)下，借助于半(ban)透(tou)(tou)膜的(de)選擇截流作用將(jiang)溶(rong)液中的(de)溶(rong)質與溶(rong)劑(ji)分開，無論低(di)(di)壓復合(he)膜[1-2]或超低(di)(di)壓復合(he)膜[3-5]，都是以水(shui)的(de)透(tou)(tou)過速率(lv)大小、脫鹽率(lv)高(gao)低(di)(di)來(lai)衡量膜的(de)好壞，而(er)水(shui)的(de)透(tou)(tou)過速率(lv)即水(shui)通量的(de)大小與驅動(dong)(dong)壓力(li)成正比，如能(neng)達到一定的(de)水(shui)通量時，所(suo)(suo)需(xu)的(de)驅動(dong)(dong)壓力(li)越(yue)低(di)(di)，則不僅(jin)降低(di)(di)能(neng)耗，同(tong)時也降低(di)(di)泵、壓力(li)容器及管(guan)材等(deng)設(she)備投資。

本文介紹(shao)了(le)(le)ESPA超低(di)壓膜(mo)(mo)(mo)主要特點。同時還列舉(ju)了(le)(le)超低(di)壓ESPA膜(mo)(mo)(mo)和低(di)壓CPA2或NTR-759膜(mo)(mo)(mo)與(yu)醋酸(suan)纖(xian)維(wei)CA膜(mo)(mo)(mo)在操作壓力(li)、透過水(shui)(shui)(shui)量、脫鹽率方(fang)面(mian)的(de)比(bi)較，研究了(le)(le)各(ge)(ge)種方(fang)法和各(ge)(ge)種onclick="g(‘反滲(shen)透膜(mo)(mo)(mo)‘);">反滲(shen)透膜(mo)(mo)(mo)對TOC和細(xi)菌內毒素的(de)去除(chu)效果(guo)比(bi)較，并成功(gong)的(de)應用(yong)在空間材(cai)料制備用(yong)水(shui)(shui)(shui)、高純化學(xue)試劑生產(chan)用(yong)水(shui)(shui)(shui)、機(ji)車電(dian)瓶用(yong)水(shui)(shui)(shui)及建材(cai)制板用(yong)水(shui)(shui)(shui)上，取得了(le)(le)很好的(de)效果(guo)。

一、 TOC、細(xi)菌、細(xi)菌內(nei)毒(du)素、顆粒對(dui)大規模集成(cheng)電路的影響

隨著電子(zi)工業(ye)的發展(zhan)對(dui)高(gao)純水提(ti)出了(le)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)的要求(qiu)(qiu)。例如[6]，制作16K位DRAM允(yun)許水中TOC（總有機碳）為(wei)500ppb、金(jin)(jin)屬(shu)離子(zi)為(wei)1ppb、≥0.2μm的顆粒(li)為(wei)100個/毫(hao)升；而制作16M位DRAM時(shi)，則要求(qiu)(qiu)TOC＜5ppb、金(jin)(jin)屬(shu)離子(zi)＜0.2ppb、水中≥0.1μm顆粒(li)數為(wei)0.6個/升。

1.1 TOC，細(xi)菌及(ji)細(xi)菌內毒(du)素(su)對大規(gui)模集成電路的影響(xiang)。

1.2 DRAM對顆粒和(he)TOC的(de)要求

天然水(shui)、自來水(shui)等各種水(shui)源中(zhong)都存在(zai)著熱(re)原。目前比較一(yi)致的認識是(shi)(shi)(shi)熱(re)原是(shi)(shi)(shi)指多糖類物質[7]，也就是(shi)(shi)(shi)細(xi)菌(jun)(jun)內(nei)毒(du)(du)(du)素。細(xi)菌(jun)(jun)內(nei)毒(du)(du)(du)素是(shi)(shi)(shi)革蘭氏陰性菌(jun)(jun)的細(xi)胞壁(bi)外(wai)壁(bi)層上的特有結構——脂多糖，所以，哪里有細(xi)菌(jun)(jun)，哪里就有細(xi)菌(jun)(jun)內(nei)毒(du)(du)(du)素。其結構為單個粒子，其分(fen)子量在(zai)10000~20000之間范圍內(nei)，體(ti)積為1~50μm，細(xi)菌(jun)(jun)內(nei)毒(du)(du)(du)素在(zai)水(shui)中(zhong)可以形成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)比較大的成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)團密集(ji)體(ti)，造(zao)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)顆粒性污(wu)染(ran)(ran)。細(xi)菌(jun)(jun)內(nei)毒(du)(du)(du)素含磷多糖體(ti)75%，磷脂12~15%及有機磷酸鹽6~7%，造(zao)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)TOC污(wu)染(ran)(ran)，由(you)于含很高的磷，在(zai)硅(gui)中(zhong)是(shi)(shi)(shi)N型雜質，貢(gong)獻導電電子，形成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)不可控制的污(wu)染(ran)(ran)，嚴(yan)重的影響(xiang)器件的性能和成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)品率[8]。

由于細(xi)菌(jun)及(ji)(ji)細(xi)菌(jun)內毒(du)素都會產生(sheng)顆(ke)粒(li)性污(wu)染(ran)及(ji)(ji)TOC的(de)污(wu)染(ran)，由圖1、圖2明顯看出(chu)顆(ke)粒(li)性污(wu)染(ran)及(ji)(ji)TOC的(de)污(wu)染(ran)對(dui)大規模集成電(dian)路(lu)的(de)影響(xiang)，因此(ci)在兆位電(dian)路(lu)用水中對(dui)TOC、細(xi)菌(jun)及(ji)(ji)細(xi)菌(jun)內毒(du)素的(de)含(han)量要嚴格控(kong)制(zhi)。

二、超低壓卷式復合膜(mo)的主要特(te)點

2.1 與CA膜(mo)(mo)和低(di)壓復合(he)膜(mo)(mo)相比，ESPA、ES10、ES20膜(mo)(mo)達(da)到同樣產(chan)水量(liang)時(shi)所需(xu)的操(cao)作壓力(li)大(da)為(wei)降(jiang)低(di)，換句話說(shuo)在相同的操(cao)作壓力(li)下其產(chan)水量(liang)高出其它膜(mo)(mo)，見圖3。

圖3 部分(fen)卷式反滲透(tou)膜性能(neng)比較

由圖1看出在壓力一(yi)定時ESPA，ES20膜(mo)(mo)的產水(shui)(shui)量(liang)是CPA2或(huo)NTR-759HR，BW30膜(mo)(mo)產水(shui)(shui)量(liang)的一(yi)倍，而CPA2或(huo)NTR-759HR，BW30膜(mo)(mo)的產水(shui)(shui)量(liang)是CA膜(mo)(mo)的5倍，換句(ju)話(hua)說若(ruo)同(tong)樣的產水(shui)(shui)量(liang)，則(ze)所(suo)需的操作壓力要求低很(hen)多。

2.2 低(di)壓和超低(di)壓膜(mo)，如(ru)CPA2，NTR-759膜(mo)和ESPA膜(mo)，脫除水中(zhong)二氧(yang)化硅(gui)能(neng)力，均在98%以上，標準條件下二氧(yang)化硅(gui)的脫除率見圖4。

圖4 不同(tong)壓力時兩種膜的脫硅效果

[測試(shi)條件(jian)] 進(jin)水溶液：SiO2濃度41ppm，溫度：18℃

　　
2.3 化學穩定性(xing)，以ESPA膜(mo)，CPA2或NTR-759膜(mo)的耐氯性(xing)為例，如(ru)圖5所示。

圖5 兩種膜的(de)耐氯性(xing)能

[通水(shui)條件] 進水(shui)壓力：1.0MPa；供給液(ye)游離氯濃度：100ppm；供給液(ye)pH=6

[測(ce)試條件] 進水溶液：0.05%食鹽水；進水壓(ya)力：0.75MPa；pH值：6.5；溫度：25℃

由于ESPA膜(mo)沒有(you)改(gai)變(bian)復合(he)膜(mo)材料的(de)(de)化學(xue)成分，因(yin)而保持(chi)了(le)復合(he)膜(mo)的(de)(de)所有(you)優點(dian)。其化學(xue)穩定性和(he)脫鹽率(lv)均與低壓復合(he)膜(mo)相同(tong)。

三、用一(yi)級(ji)反滲透RO、雙級(ji)RO、蒸餾(liu)法(fa)、紫外法(fa)、活性碳吸附法(fa)、離子交換法(fa)、超聲法(fa)等除去水中(zhong)的TOC和(he)細(xi)菌(jun)內毒(du)素的比(bi)較

1.1 用(yong)RO法，蒸餾法，185紫外(wai)法，除去(qu)TOC和細菌內(nei)毒素(su)，見表(biao)1。

表1 用RO法(fa)，蒸(zheng)餾(liu)法(fa)，185紫外法(fa)，除(chu)去TOC和細菌(jun)內毒素(su)的比較

* EU=Endotoxin Unit（內毒(du)素單(dan)位(wei)）

美(mei)國1993年[9]ASTM-E1級(ji)水(shui)(shui)中規定內毒素(su)含量＜0.03EU/ml，ASTM-E2級(ji)水(shui)(shui)，內毒素(su)要(yao)求0.25EU/，在我國高純水(shui)(shui)國標中，暫未定此標準，由表1明顯看出，用雙級(ji)RO+185nmUV制取高純水(shui)(shui)，TOC降(jiang)至＜5ppb和細菌內毒素(su)＜0.03EU/ml完全符合亞微米電路用高純水(shui)(shui)要(yao)求。

1.2 幾種onclick="g(‘反(fan)滲(shen)(shen)透膜‘);">反(fan)滲(shen)(shen)透膜對(dui)水中細(xi)菌內毒(du)素的去除效果比(bi)較，見(jian)表(biao)2。

表2 幾種(zhong)膜(mo)對細菌(jun)內毒素的去除(chu)效果比較

由表2所示，經低壓和(he)(he)超(chao)(chao)低壓復合膜反滲透的水(shui)，其細菌(jun)內毒素含(han)量(liang)，均(jun)＜0.03EU/ml，完全符(fu)合超(chao)(chao)大(da)規模集成電路和(he)(he)醫藥用水(shui)標準(zhun)的要求。

1.3 用(yong)其它方法去除水(shui)中的細(xi)菌內毒(du)素，見(jian)表3。

表3 用其它方法去除(chu)水中的細菌(jun)內毒素

由表(biao)3看出用其它方法去(qu)除水中的(de)細菌內毒(du)素均不理想。

我們(men)還將低(di)壓反滲(shen)透和185紫外燈及PVDF管材一起(qi)用，除去高(gao)純水中的(de)TOC和細菌(jun)(jun)內毒素(su)，這樣制得的(de)高(gao)純水，能使TOC＜5ppb和細菌(jun)(jun)內毒素(su)＜0.03EU/ml，完全(quan)符(fu)合兆位電(dian)路高(gao)純水的(de)要求。

同時低(di)壓和超(chao)低(di)壓反(fan)滲透復合(he)膜還能(neng)除(chu)去水中的THM（三鹵(lu)化物）[10]。例如(ru)NTR-759HR膜，能(neng)除(chu)去水中的CHCl371%、CHBr390%、CCl4＞99%，CH3CCH398%。

四、 LF10低壓(ya)復合膜

LF10膜(mo)(mo)(mo)是低壓onclick="g(‘反(fan)滲透(tou)膜(mo)(mo)(mo)‘);">反(fan)滲透(tou)膜(mo)(mo)(mo)的(de)一種(zhong)，它具有脫鹽(yan)率高，水通(tong)量大(da)，抗污(wu)染強，抗細菌侵蝕等特點，由于(yu)它特殊的(de)表(biao)(biao)面(mian)結構(gou)，表(biao)(biao)面(mian)電位為中(zhong)性，親水性好，不象(xiang)一般的(de)onclick="g(‘反(fan)滲透(tou)膜(mo)(mo)(mo)‘);">反(fan)滲透(tou)膜(mo)(mo)(mo)易吸附表(biao)(biao)面(mian)活性物質，被污(wu)物堵塞，因此是新型的(de)用于(yu)各種(zhong)廢(fei)水處(chu)理中(zhong)的(de)理想onclick="g(‘反(fan)滲透(tou)膜(mo)(mo)(mo)‘);">反(fan)滲透(tou)膜(mo)(mo)(mo)。

4.1 在不同的PH值下LF10，NTR759HR，ESPA膜表面(mian)電(dian)荷的比較，見(jian)圖6。

圖6 在不(bu)同的(de)(de)pH值LF10，NTR759HR，ESPA膜表(biao)面電(dian)荷(he)的(de)(de)比(bi)較

由圖6看(kan)出LF10膜在不同的(de)PH值下，膜的(de)表面電荷(he)接近中性(xing)。

4.2 LF10與(yu)NTR759HR膜在廢水(shui)處理中水(shui)通量的比(bi)較(jiao)。

LF10膜(mo)除具(ju)有低壓膜(mo)的優(you)點外，其耐污垢(gou)特性好，與常規(gui)RO膜(mo)相比，LF10膜(mo)處理含表(biao)面活性物質的廢(fei)水時，其水通(tong)量不會(hui)明(ming)顯(xian)降低。見圖7。

圖7 LF10與NTR759HR膜處(chu)理(li)廢水(shui)時水(shui)通量的比較(jiao)

[操(cao)作條件] 產水通量：1.5L/min；濃水流量：0.9L/min；

RO進水電導率：3000~4000s/min；溫(wen)度(du)：6~8℃；pH：7.7

五、應用

我們將(jiang)CPA2膜(mo)的反滲(shen)透器(qi)，前級(ji)用多介質過(guo)濾(lv)器(qi)，活性碳過(guo)濾(lv)器(qi)，后級(ji)用離(li)子交換混床，紫(zi)外燈或臭氧殺菌(jun)，0.2μm膜(mo)過(guo)濾(lv)器(qi)，出水水質達ASTM-E1級(ji)標(biao)準，用于空間材料的制備及1800個車箱機車電瓶用水，又將(jiang)NTR-759膜(mo)用于化學試劑制備、ESPA膜(mo)用于纖維板生產，達到了水質好、脫鹽(yan)率高、產水量大、節約能耗的目(mu)的，取得了很好的效果。

六、結論

綜上所(suo)述，低(di)(di)壓(ya)復合(he)膜(mo)(mo)和超(chao)(chao)低(di)(di)壓(ya)復合(he)膜(mo)(mo)較(jiao)醋酸纖(xian)維素(su)膜(mo)(mo)有(you)大(da)的比(bi)表(biao)面(mian)(mian)積，操作(zuo)壓(ya)力低(di)(di)，產水(shui)量(liang)大(da)，脫鹽(yan)、脫硅(gui)率(lv)(lv)高(gao)，節約系統的運行成本和設備投資，ESPA超(chao)(chao)低(di)(di)壓(ya)膜(mo)(mo)又(you)由(you)于保持了復合(he)膜(mo)(mo)的所(suo)有(you)優(you)點。有(you)很好(hao)的化學(xue)穩定性(xing)，此外(wai)還有(you)很好(hao)的去除細(xi)菌內(nei)毒素(su)和THM的能(neng)(neng)(neng)力，所(suo)以低(di)(di)壓(ya)復合(he)膜(mo)(mo)和超(chao)(chao)低(di)(di)壓(ya)復合(he)膜(mo)(mo)是(shi)當今制備高(gao)純水(shui)理想的onclick="g(‘反滲(shen)透膜(mo)(mo)‘);">反滲(shen)透膜(mo)(mo)，與常規(gui)RO膜(mo)(mo)比(bi)較(jiao)，LF10膜(mo)(mo)在低(di)(di)壓(ya)下有(you)同(tong)樣的高(gao)脫鹽(yan)率(lv)(lv)和高(gao)水(shui)通量(liang)，此外(wai)，由(you)于它的表(biao)面(mian)(mian)電位中(zhong)(zhong)性(xing)，較(jiao)親水(shui)，故(gu)抗(kang)污染(ran)能(neng)(neng)(neng)力強，因此對含表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性(xing)物質導致膜(mo)(mo)污垢的廢水(shui)處(chu)理中(zhong)(zhong)，是(shi)具有(you)優(you)越性(xing)能(neng)(neng)(neng)的。

參考文獻

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