摘要
研制的BW聚砜中空纖維超濾組件，在17~18MΩZ cm（25℃）超純水中運行，電阻值下降＜0.5 MΩZ cm（25℃）,并可有效去除水中顆粒和細菌,已達到美Amicon公司生產80年代同類產品水平。
關鍵詞： 中空纖維，超濾，超純水，應用
前言
國外超純水生產中，已廣泛應用了反滲透、超過濾和微孔過濾等膜分離技術以及精制混合床等技術，一般純水的電阻率能長期穩定在16~18 MΩZ cm（25℃），并能有效控制微粒和細菌數量。
中空纖維超濾組件是超純水制備裝置中關鍵設備之一，它可作為預處理手段，清除膠體和大分質，以減輕這些雜質對正向去離子化和反滲透的影晌，提高離子交換系統和反滲透單元出水質量與再生經濟效果；它也可用在終點過濾或中央系統的“精密器”上，以去除微粒、膠體、細菌和有機物。
實驗和結果
中空纖維超濾膜
BW中空纖維超濾膜以聚砜（大連第一塑料廠生產，特性粘度為0.56）為膜材料，采用干噴-濕紡法紡絲技術紡制而成，其原理與平板膜相似，基于相轉化制膜機理[2,3]制得的中空纖維幾何尺寸為：外徑1.0mm，內徑0.7mm。其結構為雙排指狀結構，這種結構提供了良好的纖維自支撐性能，測得爆破壓力為1MPa。
采用不同分子量的球形蛋白質，在DC-2超濾系統上進行超濾膜的截留率試驗，繪制了截留曲線，并與美國Amicon公司P系列膜進行了對比（表1，圖1）。結果表明BW中空纖維超濾膜截留特性與美國Amicon公司的PM30超濾膜相近。
中空纖維超濾組件
BW中空纖維超濾組件殼體材料為聚砜，內裝2000根中空纖維，兩端用環氧樹脂澆注密封，膜面積為4.4m2,外形尺寸為φ76×1092mm。中空纖維超濾組件透水性能試驗采用美國Amicon公司D30PR-1型超濾系統。測定結果表明，BW中空纖維超濾組件在壓力0.1MPa、溫度25℃時，純水產量可過到2ml/（m2Z hZ Pa）以上，達到國外同類產品水平（表2）。
表1 BW超濾膜截留性能與PM30膜比較
| 溶 質 | 分子量 | 截留率 | |
| BW | *PM30 | ||
| 核糖核酸酶 肌紅蛋白 α-糜蛋白 胃蛋白酶 卵白蛋白 血紅蛋白 牛血清白蛋白 人血清白蛋白 | 13700 17800 25000 35000 45000 64000 67000 67000 | 61 85 95 98 |
65 85
>95 ~100 ~100 |
* 此數據摘自“Hand Book of Separation
Tech. For Chem. Eng.” 圖1 BW中空纖維超濾膜截留曲線 表2 BW組件與國外組件透水性能比較
| 膜組件型號 | 膜面積 （m2） | 操作壓力 （MPa） | 產水量 (l/h) (25℃) | 水透率 [ml/(m2Z hZ Pa) |
|
Romicon Gm80 Amicon H53P30-20 BW |
4.9 5.0 4.4 | 0.175 0.175 0.175 | 960 1800 1590 | 1.1 2.0 2.06 |
3、BW中空纖維超濾組件在超純水生產中應用試驗
（1）中科院半導體所試驗結果 BW中空纖維超濾組件在中科院半導體所進口超純水制備系統中進行測試，其結果與國外同類產品對比如表3、4。
表3 電阻率下降變化對比 表4 顆粒截留性能對比
| 種類 | 電阻率(MΩZ cm)(25℃) | ||||
| 超濾進水 | 超濾出水 | ||||
| BW GM80 PM30 | 18.1 18.1 18.1 | 17.6 17.56 17.6 | |||
|
種類 |
顆粒（>1μm）（個/ml） | 截留率 | |||
| 超濾進水 | 超濾出水 | （%） | |||
|
BW BW GM80 PM30 |
15.24 352.08 15.24 15.24 | 0.3 2.2 0.2 0.12 | 98.0 99.37 98.6 99.2 | ||
結果表明，BW中空纖維超濾組件其截留顆粒與電阻下降等指標，均達到了國外同類產品水平。
采用BW中空纖維超濾器的超濾出水進行硅外延片沖洗對比試驗，結果表時，未使用BW超濾器前，鏡檢有10%的片子局部有水漬；使用后基本無水漬。未使用超濾器的片子外延后，約10%的片子局部的小丘密度達104/cm2；使用后小丘密度減至~102/cm2。這對改進半導體材料是有明顯效果的，可做到無層錯、無小丘的高完整的外延片。
| 測試項目 | 分析結果 | |
| 超濾 入口水 | 超濾 出口水 | |
|
Na（x10-9） SiO（x10-9） 微粒(φ>1μm)(個/ml) 電導率（μs/cm） 電阻率（MΩZ cm） 細菌（個/ml） |
0.29 4.7 19.0 0.058 17.24 23 | 0.34 3.2 0.76 0.059 16.95 0 |
鞍山半導體器件廠的一座高純水水站 采用4支φ76×1092mm的BW中空纖維超濾組件，于1989年3月正式運行，至今運行正常。裝置設計流量為5t/h，壓力在0~0.2MPa，并帶有化學清洗槽和清洗泵，可對膜進行定期沖洗，其主要運行數據如下：
（a）進水壓力為0.15MPa；總進水量為5.3t/h；出水量為5t/h；回流量為0.3t/h。
（b）正常生產時超濾進出口電阻率：進口：18 MΩZ cm(25℃), 出口：17.6 MΩZ cm(25℃); 進口: 17.2MΩZ cm(25℃), 出口: 17.0 MΩZ cm(25℃)。
（c）顆粒截留性能
（2）中國華晶電子集團公司試驗結果 在中國華晶電子公司無錫742工廠引進的超純水生產裝置中進行了現場應用試驗，進口水壓控制在0.1~0.11MPa，進水電阻率約在17MΩZ cm(25℃)，此時壓力0.1MPa，25℃出水流量為1100L/h，表5結果表明，BW組件在高純水中進行，電阻率下降＜0.5 MΩZ cm(25℃)，并可有效脫除微粒和細菌。
表5 BW組件水質測試結果 （3）鞍山半導體器件廠應用試驗結果
水質經中科院半導體所分析，超濾進水顆粒＞1μm為16.94個/ml；出水為0.31個/ml。
結論
1、采用干噴-濕紡紡絲技術，成功地紡制出聚砜中空纖維超濾膜其截留性能與美國Amicon公司的PM30膜相近。
2、BW中空纖維超濾組件在壓力0.1MPa、溫度25℃時，純水產水量已達到800~1000L/h，可在工作壓力0.2MPa、溫度60℃以下，pH值1~13條件下正常工作；超濾出水＞1μm顆粒小于1個/ml；在17~18 MΩZ cm(25℃)超純水中運行，電阻率值下降＜0.5 MΩZ cm(25℃)；超濾出水用于外延片試驗已見明顯效果。
3、實際應用表明，BW中空纖維超濾組件已達到國外80年代同類產品水平，可以取代和替換國外超濾組件。
