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超純水制備系統:從原理到應用的全解析

更新時間:2025-07-07點擊次數:5
 一、超純水

當一枚芯片的制程精度進入納米級,一杯看似普通的水可能決定其成敗 —— 這就是超純水。美國科技界為研發半導體材料、納米陶瓷等材料而生的超純水,如今已滲透至生物制藥、汽車制造等關鍵領域。超純水制備系統

定義核心

除水分子(H?O)外,幾乎不含雜質、細菌、有機物,甚至缺乏人體所需礦物質
衡量標準:電阻率>18MΩ?cm(25℃時理論值達 18.25MΩ?cm),接近 "絕對純凈"

為何如此苛刻?
在半導體蝕刻工藝中,哪怕 0.1μm 的顆粒雜質也會導致電路短路;在疫苗生產中,內毒素殘留可能引發嚴重過敏反應。超純水系統正是為這類 "零容忍" 場景而生。

二、從自來水到超純水

(一)工藝流程全景圖

自來水 → 原水箱 → 多介質過濾 → 活性炭吸附 → 一級RO反滲透 → 二級RO反滲透 → EDI電去離子 → 拋光混床 → 0.1μm超濾 → 超純水  
超純水制備系統

(二)核心技術分類

1. 按水源類型設計

 

地下水:砂濾 + 精密過濾 + RO + 混床(應對高硬度)
自來水:活性炭吸附 + RO+EDI(去除余氯與有機物)
地表水:多介質過濾 + 超濾 + RO(攻克膠體與懸浮物)

 

2. 按水質需求分層

電導率 / 電阻率指標
工藝流程
典型領域
10~20μs/cm
預處理+一級反滲透
化工原料清洗
產水電導率2~9μs/cm
預處理+二級反滲透/預處理+軟化+一級反滲透+EDI
醫藥、化工
>0.2~2μs/cm
預處理+一級反滲透+混床
注射劑溶劑
5~13MΩ.CM
預處理+軟化+一級反滲透+EDI或采用預處理+二級反滲透+EDI
醫藥、化工、電子、發電
13~17MΩ.CM
預處理+軟化+一級反滲透+EDI+混床或采用預處理+二級反滲透+EDI+混床
醫藥、化工、電子、發電
18MΩ?cm 以上
預處理+一級反滲透+二級反滲透+EDI+混床+殺菌+氮封或預處理+軟化+一級反滲透+二級反滲透+EDI+脫氧+TOC+混床+脫氧+超濾
芯片蝕刻、晶圓清洗

三、關鍵單元拆解

1. 預處理系統

多介質過濾器:多介質過濾器是利用一種或幾種過濾介質,在一定的壓力下把濁度較高的水通過一定厚度的粒狀或非粒材料,從而有效的除去懸浮雜質使水澄清的過程,常用的濾料有石英砂、無煙煤、錳砂等,主要用于水處理除濁、軟化水、純水的前級預處理等,出水濁度可達3度以下。超純水制備系統
活性炭過濾器:濾料為活性炭,用于去除色、味、余氯和有機物,其主要作用方式是吸附,活性炭是一種人工制成的吸附劑。
通過活性炭濾床后,水中懸固小于0.1mg/L,COD去除率一般為40%~50%,游離氯小于0.1mg/L。活性炭總裝填高度為1.2米左右。

 

加藥系統:

a) 絮凝劑:PAC又叫聚合氯化鋁,加絮凝劑的目的是凝聚水中的膠體并使之形成絮狀物,從而過濾去除;

b)阻垢劑:阻垢劑的作用是防止或延緩反滲透濃水側產生結垢;

c)殺菌劑:殺菌劑的目的是防止細菌在系統內滋生,主要成分是次氯酸鈉;

d)還原劑:作用是消除進反滲透水中的余氯,防止氧化劑對反滲透膜造成損害。

2. RO 反滲透

利用 0.0001μm 孔徑的膜,以大于滲透壓的壓力讓水分子穿過,截留 98% 以上的溶解鹽。利用反滲透技術能夠有效去除水中溶解鹽、膠體,細菌、病毒、細菌內毒素和大部分有機物等雜質。無需化學藥劑,卻能讓海水淡化成可飲用純水。

3. EDI 電去離子

 

將電滲析與離子交換技術結合,電去離子設備通常以反滲透(RO)純水作為EDI 給水,通過陽、陰離子膜對陽、陰離子的選擇透過作用以及離子交換樹脂對水中離子的交換作用,在電場的作用下實現水中離子的定向遷移,從而達到水的深度凈化除鹽制取高品質超純水。

4. 終端精處理

TOC 紫外降解:185nm 紫外線打斷有機物碳鏈,將 TOC(總有機碳)降至 ppb 級
拋光混床:填充 H/OH 型樹脂,一次性將電阻率推至 18MΩ?cm 以上,供半導體行業

四、耗材更換指南

設備
耗材
更換周期
預警信號
砂濾罐
石英砂
2 年
產水濁度>1NTU,反洗后壓差驟升
碳濾罐
活性炭
1-2 年
余氯檢測>0.1mg/L,碘值<800mg/g
RO 膜
復合膜
2-3 年
脫鹽率下降 5%,產水量減少 30%
拋光混床
超純樹脂
18 個月
電阻率<17MΩ?cm
UV 燈管
254nm/185nm
8000 小時
殺菌效果失效,TOC 降解率下降

附:20T/H 制取超純水裝置(預處理 + RO + EDI + 拋光混床)設計方案
不同蛋白質檢測技術對超純水的需求不同蛋白質檢測技術對超純水的需求


 

1. 色譜-質譜聯用技術(LC-MS)

不同蛋白質檢測技術對超純水的需求

 


 

LC-MS是蛋白質組學研究的重要工具,對水質要求極其嚴格。低質量的水可能引入背景噪音,干擾色譜和質譜的讀數,影響數據的準確性和重復性。

 

有機污染物會與蛋白質競爭固定相的活性位點,降低檢測靈敏度;無機離子則會改變溶液的離子強度,影響分離效果;而微生物污染可能導致色譜柱堵塞或產生干擾性代謝產物。


 

2. 電泳分析

不同蛋白質檢測技術對超純水的需求

 


在SDS-PAGE、毛細管電泳等蛋白質分離技術中,超純水用于配制凝膠、緩沖液和樣品溶液。水中雜質可能影響凝膠聚合均勻性,導致條帶扭曲;離子污染物則會干擾電場分布,影響蛋白質遷移的準確性。


 

3. 蛋白質濃度測定

不同蛋白質檢測技術對超純水的需求

 


無論是雙縮脲法、BCA法還是Lowry法,蛋白質定量分析都依賴于精確配制的試劑。水中雜質可能干擾顯色反應,導致濃度測定偏差。

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