超纯水的制备.

12019/12/17超纯水的制备2019/12/172半导体行业中的纯水器件的水质标准2019/12/173天然水中的杂质悬浮物，如：细菌、泥沙、粘土等胶体，如硅酸盐、铁、铝化合物等溶解物，如盐类：钠盐，钾盐等气体：氧、二氧化碳、氮等2019/12/174杂质对半导体材料的影响有害杂质（离子）随着扩散，烧结等工艺步骤进入半导体内部，导致器件失效。如：p-n结反向漏电流增大，过早击穿。MOS中二氧化硅层内可动电荷增加导致器件击穿电压降低，开启电压漂移。2019/12/175水的分类按照含盐量分类：1：淡化水：对高盐水进行脱盐处理。2：脱盐水：相当于普通蒸馏水。剩余盐量1-5mg/L，电阻率1×106Ω·cm。3：纯水：剩余盐量1mg/L,电阻率1×106Ω·cm4：高纯水:剩余盐量0.1mg/L,电阻率1×107Ω·cm2019/12/176现代集成电路对水的要求在TOC、DO等方面要求越来越高2019/12/177超纯水的工艺流程2019/12/178原水——原水箱——原水泵——石英砂过滤器——活性炭过滤器——软化器——保安过滤器——一级高压泵——一级反渗透装置——二级高压泵——二级反渗透装置——RO水箱——RO水泵——EDI装置——EDI水箱——纯水泵——抛光混床装置——1us过滤器——紫外线杀菌装置——0.22us过滤器——用水点2019/12/179原水预处理原水——原水箱——原水泵————石英砂过滤器原水经过多介质过滤器的多层机械过滤，可以滤除掉原水中的泥砂、铁锈、固体大颗粒物、胶体等杂物。——活性炭过滤器主要作用：除去原水中的有机物，游离氯，色素和臭味等，其主要原理是滤料表面吸附和过滤.——软化器作用：降低原水的硬度，其主要原理是用阳离子交换树脂交换原水中的钙、镁离子从而降低原水硬度。离子交换树脂使用一定时间之后，需要再生，再生就是用钠离子将附在阳离子交换树脂上的钙镁等离子交换出来。2019/12/1710软水器再生树脂的冲洗与再生Ca2+、Mg2+离子被Na+离子置换出来后就存留在交换剂中，使用一段时间后，Na+离子接近被置换完时，交换剂就会失效，不再起软化作用了。这时就需要用食盐水对交换剂进行再生处理（还原），即再用Na+离子把交换剂中的Ca2+、Mg2+离子置换出来并用水冲走。经再生处理后的离子交换剂又成为Na-R型。再生过程是：反冲洗——翻松钠离子交换树脂，并可将离子交换层表面的泥沙、悬浮物、杂质、破碎的树脂等冲走；再生———盐液（浓度10%）以一定速度从下至上流过离子交换层，或用饱和盐液浸泡离子交换树脂；正冲洗——为了清除残存的还原剂和再生还原时的生成物CaCl2、MgCl2，需进行正洗，直到出水无咸味时停止冲洗。补水———再生吸盐以后自动将水补入盐箱以备下次再生。2019/12/17112019/12/1712反渗透系统（RO）渗透与反渗透渗透：渗透是水分子经半透膜（允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过的膜）扩散的现象。它由高水分子区域（即低浓度溶液）渗入低水分子区域（即高浓度溶液），直到细胞内外浓度平衡（等张）为止。渗透压：范特霍夫公式对稀溶液来说，渗透压与溶液的浓度和温度成正比，它的比例常数就是气体状态方程式中的常数R。用方程式表示如下：πV=nRT或π=cviRTπ为稀溶液的渗透压，vi为溶质生成的离子数，c为溶质的摩尔浓度，R为气体常数，n为溶质的物质的量，T为绝对温度2019/12/1713反渗透：高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。例如：用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。RO反渗透膜是实现反渗透的核心元件，是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成。如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直径一般在0.5～10nm之间，透过性的大小与膜本身的化学结构有关。有的高分子材料对盐的排斥性好，而水的透过速度并不好。有的高分子材料化学结构具有较多亲水基团，因而水的透过速度相对较快。因此一种满意的反渗透膜应具有适当的渗透量或脱盐率。2019/12/1714选择反渗透RO膜需要考虑哪些性能指标1：脱盐率：RO膜的脱盐率=(1–RO膜的产水含盐量/进水含盐量)×100%2：产水量：指反渗透系统的产水能力，即单位时间内透过RO膜的水量，通常用吨/小时或加仑/天来表示。3：回收率：指反渗透膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分比。依据反渗透系统中预处理的进水水质及用水要求而定的。RO膜系统的回收率在设计时就已经确定。2019/12/1715影响反渗透膜性能的因素1：回收率2：温度3：压力4：压密5：浓差极化2019/12/1716反渗透膜的材料醋酸纤维素：又称乙酰纤维素或纤维素醋酸酯。常以含纤维素的棉花、木材等为原料，经过酯化和水解反应制成醋酸纤维素，再加工成反渗透膜。聚酰胺：包括脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺两大类。20世纪70年代应用的主要是脂肪族聚酰胺，如尼龙—4、尼龙—6和尼龙—66膜；目前使用最多的是芳香族聚酰胺膜。膜材料为芳香族聚酰胺、芳香族聚酰胺—酰肼以及一些含氮芳香聚合物。2019/12/1717复合膜复合膜的特征是主要由以上两种材料制成，它是以很薄的致密层和多孔支撑层复合而成。多孔支撑层又称基膜，起增强机械强度的作用；致密层也称表皮层，起脱盐作用，故又称脱盐层。脱盐层厚度一般为50nm，最薄的为30nm。由单一材料制成的非对称膜有下列不足之处：1、致密层和支持层之间存在被压密的过渡层。2、表皮层厚度最薄极限为100nm，很难通过减小膜厚度降低推动压力。3、脱盐率与透水速度相互制约，因为同种材料很难兼具脱盐和支撑两者均优。复合膜很好地解决了上述问题，它可以分别针对致密层和支持层的要求选择脱盐性能好的材料和机械强度高的材料。从而复合膜的致密层可以做得很薄，有利于降低拖动压力；同时消除了过渡区，抗压密性能好。基膜的材料以聚砜最为普遍，其次为聚丙烯和聚丙烯腈。因为聚砜价廉易得，制膜简单，机械强度好，抗压密性能好，化学性能稳定，无毒，能抗生物降解。为进一步增强多孔支撑层的强度，常用聚酯无纺布。脱盐层的材料主要为芳香聚酰胺。此外还有哌嗪酰胺、丙烯-烷基聚酰胺与缩合尿素、糠醇与三羟乙基异氰酸酯、间苯二胺与均苯三甲酰氯等。2019/12/1718RO膜结构12019/12/1719RO膜结构22019/12/1720RO膜的清洗清洗液成分配置100加仑（379升）溶液时的加入量PH调节1柠檬酸反渗透产品水（无游离氯）17.0磅（7.7公斤）100加仑（379升）用氨水调节至3.02三聚磷酸钠EDTA四钠盐反渗透产品水（无游离氯）17.0磅（7.7公斤）7磅（3.18公斤）100加仑（379升）用硫酸调节至10.03三聚磷酸钠十二烷基本磺酸钠反渗透产品水（无游离氯）17.0磅（7.7公斤）7磅（3.18公斤）100加仑（379升）用硫酸调节至10.02019/12/1721反渗透膜污染的特征及处理方法污染物一般特征处理方法钙类沉积物（碳酸钙及磷酸钙类，一般发生于系统第二段）脱盐率明显下降系统压力增加系统产水量稍降用清洗液1清洗系统氧化物（铁、镍、铜等）脱盐率明显下降系统压力明显升高系统产水量明显降低用清洗液1清洗系统各种胶体（铁、有机物及硅胶）脱盐率稍有降低系统压力逐渐上升系统产水量逐渐减少用清洗液2清洗系统硫酸钙（一般发生于系统第二段）脱盐率明显下降系统压力稍有或适度增加系统产水量稍有降低用清洗液2清洗系统，污染严重时用清洗液3清洗有机物沉淀脱盐率可能降低系统压力逐渐升高系统产水量逐渐降低用清洗液2清洗系统，污染严重用清洗液3清洗细菌污染脱盐率可能降低系统压力明显增加系统产水量明显降低依据可能的种类选择三种清洗液中的一种清洗系统2019/12/17222019/12/1723EDI系统EDI(Electrodeionization)：是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯水制造技术。它巧妙的将电渗析和离子交换技术相结合，利用两端电极高压使水中带电离子移动，并配合离子交换树脂及选择性树脂膜以加速离子移动去除，从而达到水纯化的目的EDI膜堆主要由交替排列的阳离子交换膜、浓水室、阴离子交换膜、淡水室和正、负电极组成.2019/12/1724进水要求项目单位进水要求TEA(总可交换阴离子,包括CO2)ppm25电导率μs/cm65PH值5~9硬度(以CaCO3计)ppm0.5活性硅ppm0.5TOCppm0.5游离氯ppm0.05Fe,Mn,H2Sppm0.01SDI15min1.0油脂测不出浊度NTU1.0氧化物测不出色度APHA5注意:EDI模块的进水必须是反渗透产水或水质相当于反渗透产水的水源.2019/12/1725EDI工作原理EDI装置将离子交换树脂充夹在阴/阳离子交换膜之间形成EDI单元。EDI组件中将一定数量的EDI单元间用网状物隔开，形成浓水室。又在单元组两端设置阴/阳电极。在直流电的推动下，通过淡水室水流中的阴阳离子分别穿过阴阳离子交换膜进入到浓水室而在淡水室中去除。而通过浓水室的水将离子带出系统，成为浓水。EDI设备一般以反渗透（RO）纯水作为EDI给水。RO纯水电阻率一般是40-2μS/cm（25℃）。EDI纯水电阻率可以高达18MΩ.cm(25℃)，但是根据去离子水用途和系统配置设置，EDI纯水适用于制备电阻率要求在1-18.2MΩ.cm(25℃)的纯水。2019/12/1726离子交换膜的选择1：异相膜：粉末状离子交换树脂碾压2：均相膜：苯乙烯——二乙烯苯离子交换膜的选择性：以磺酸基离子交换膜为例离子交换膜的再生：H2O=H++OH-2019/12/1727EDI的优点：(1)EDI与RO配套使用,可调节电流以改变出水质量,用标准模块组合改变出水量。(2)EDI不用再生树脂,免除了树脂化学再生配套设施(如酸碱贮罐、泵和管道)使纯水系统设备结构简化,投资节省,操作简化,运行费用降低。(3)技术经济比较还表明,EDI比混床系统更能适应进水中TDS变化而不影响出水质量,而且对制水成本影响很小。(4)EDI环境效益显著,表现在二个方面:①克服了树脂化学再生造成的废水污染;②EDI排放的浓水可直接回到RO之前再利用,这样EDI单元可以做到没有废水排放。2019/12/1728EDI系统的清洗当出现以下问题时模块需要清洗1.由于硬度产生的结垢，主要在浓水室出现2.对离子交换树脂和膜的无机物污堵3.对离子交换树脂和膜的有机物污堵4.对模块和系统管道及其它组成的微生物污染5.以上数种污堵的结合2019/12/1729清洗方案方案12345678第一步浓水室酸洗酸洗碱洗酸洗盐水清洗酸洗盐水清洗酸洗第2步冲洗冲洗冲洗碱洗冲洗盐水清洗冲洗盐水清洗第3步再生再生冲洗消毒冲洗消毒冲洗第4步再生盐水清洗消毒碱洗消毒第5步冲洗盐水清洗冲洗碱洗第6步再生冲洗再生冲洗第7步再生再生2019/12/1730清洗用的化学药剂规格氯化钠（NaCl）食品级（≥99.80%）,ACS或USP级Halane（1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲）USP或ACSgrade过乙酸和双氧水30%ACS级或水处理系统清洗用的商业产品盐酸(HCl)ACS或技术级(Technicalgrade)氢氧化钠(NaOH):球状,NF,ACS或净化级;或者是50%溶液2019/12/17312019/12/1732抛光混床离子交换树脂离子交换树脂是具有网状立体结构的高分子多元酸或多元碱的聚合物。网状结构的骨架一般十分稳定，与酸、碱及某些有机溶剂和一般弱氧化剂都不起作用，对热也比较稳定。在其网状结构的骨架上有许多可电离、可被交换的基团，如磺酸基(—SOH)、羧基(—COOH)及季胺基(—NROH)等，正由