超纯水制备：稳定出水18兆欧的制备方法

超纯水制备：稳定出水18兆欧的制备方法

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/Tulsimer_Wang/article/details/145782411

超纯水的电阻率是衡量其纯度的关键指标，它反映了水中离子浓度的大小，电阻率越高，表明水中离子越少，纯度越高。在不同行业应用中，超纯水电阻率对产品质量、生产工艺和设备运行等方面有着重要影响。

半导体与集成电路行业

• 支撑芯片制程技术升级
• 随着半导体技术向更小纳米制程迈进，如 3 纳米甚至更先进制程，芯片内部的电路结构愈发精细复杂。超纯水用于芯片制造过程中的清洗、光刻、蚀刻等关键工序，其纯度直接影响芯片的性能和良品率。只有高纯度的超纯水才能有效去除微小颗粒、离子和有机物等杂质，避免对芯片微观结构造成损害，确保芯片的高性能和高可靠性。
• 超纯水的质量稳定性对于大规模集成电路的量产至关重要。稳定的超纯水供应能够保证生产过程的一致性和重复性，有助于提高生产效率和降低成本，推动半导体产业的持续发展。
• 满足先进封装技术需求
• 先进封装技术如系统级封装（SiP）、倒装芯片封装等不断发展，对超纯水的需求也日益增长。在封装过程中，超纯水用于清洗封装基板、芯片表面等，以确保封装的可靠性和电气性能。超纯水的高质量能够防止封装界面出现杂质和缺陷，提高封装的良品率和性能，促进先进封装技术在 5G 通信、人工智能等领域的广泛应用。

新能源行业

• 助力锂离子电池性能提升
• 在锂离子电池的生产过程中，超纯水用于电极材料的制备、电池电解液的调配等环节。超纯水的高纯度可以避免杂质离子进入电池体系，影响电池的充放电性能、循环寿命和安全性。例如，水中的金属离子可能会在电池电极表面形成沉积物，导致电池内阻增加、容量衰减加快等问题。
• 随着新能源汽车和储能产业的快速发展，对锂离子电池的性能要求越来越高。超纯水的质量提升有助于开发出更高能量密度、更长循环寿命的锂离子电池，推动新能源汽车的普及和储能技术的大规模应用。
• 推动氢能产业发展
• 在氢燃料电池的生产和应用中，超纯水也发挥着重要作用。超纯水用于质子交换膜的制备、燃料电池的冷却系统等。质子交换膜的性能直接影响氢燃料电池的效率和寿命，而超纯水的高纯度可以保证质子交换膜的纯净度和性能稳定性。同时，在燃料电池的冷却系统中使用超纯水可以防止冷却管道结垢和腐蚀，确保燃料电池的正常运行。

生物科技与基因工程行业

• 保障生物实验准确性
• 在生物科技和基因工程领域，超纯水广泛用于细胞培养、基因测序、蛋白质纯化等实验过程。超纯水的高纯度可以避免水中的杂质和微生物对生物样品造成污染，保证实验结果的准确性和可靠性。例如，在细胞培养过程中，超纯水是培养基的重要组成部分，其质量直接影响细胞的生长和代谢。
• 支持生物制药产业发展
• 在生物制药生产中，超纯水用于药物研发、生产和质量控制等各个环节。从药物原料的提取、制剂的配制到药品的包装和清洗，都需要使用超纯水。超纯水的高质量可以确保生物制药产品的安全性和有效性，符合严格的药品监管标准，推动生物制药产业的快速发展。

量子计算行业

• 确保量子比特稳定性
• 量子计算是新兴的计算技术，量子比特是量子计算机的基本信息单元。超纯水用于量子计算设备的制造和运行环境的控制。超纯水的高纯度可以减少水中杂质对量子比特的干扰，确保量子比特的稳定性和相干性，从而提高量子计算机的计算性能和可靠性。
• 满足低温系统需求
• 许多量子计算设备需要在极低温环境下运行，超纯水用于低温系统的冷却和热交换。超纯水的高纯度可以防止在低温环境下水中杂质结晶或沉淀，堵塞冷却管道，影响设备的正常运行。同时，超纯水的良好热传导性能有助于维持设备的稳定低温环境，保障量子计算的顺利进行。

1. 工艺流程

超纯水制备通常包括以下几个阶段：

• 预处理系统：原水（如自来水）先进入原水箱，通过原水泵增压，依次经过砂滤器（去除大颗粒悬浮物）、活性炭过滤器（吸附有机物和余氯）、保安过滤器（进一步去除微小颗粒，保护后续设备）等预处理设备。
• 反渗透系统：预处理后的水进入一级反渗透系统，利用高压泵提供动力，通过反渗透膜去除水中大部分的溶解性盐类、有机物、微生物等杂质，使水质得到初步净化。一级反渗透产水通常进入中间水箱，再由增压泵送入二级反渗透系统，进一步提高水质。
• EDI系统：二级反渗透产水进入EDI（电去离子）装置。EDI是将膜法和离子交换法结合起来的新工艺，通过离子交换、直流电场下离子的选择性迁移及树脂的电再生等过程，深度去除水中的离子杂质，使产水电阻率显著提高。一般情况下，EDI出水的电阻率可达到15-17兆欧。
• 抛光混床系统：EDI出水再经过抛光混床处理。抛光混床通常使用高阶核子级混床树脂，能够去除水中残余的微量带电离子及弱电解质，使水质进一步提升，最终达到18兆欧以上的电阻率。
• 终端处理：最后，超纯水经过紫外线杀菌器消毒，再通过0.22微米的精密过滤器（终端过滤器），去除水中的微粒、细菌尸体等杂质，确保水质不受二次污染，稳定供应到用水点。

2. 关键技术和设备

• 离子交换树脂：在EDI系统和抛光混床中使用的离子交换树脂是关键材料。树脂的质量和性能直接影响超纯水的水质。
• EDI装置：EDI装置的设计和运行参数对水质至关重要。其先进的淡水室隔板结构设计、高耐受硬度、低进水压力、低能耗以及内部水流的再混合与再分配等特点，使其能够稳定地生产高质量的超纯水。
• 反渗透膜：反渗透系统中的膜元件是核心部件，其性能决定了预处理水的质量。高质量的反渗透膜能够有效去除水中的大部分杂质，为后续的EDI和抛光混床提供良好的基础。

3. 注意事项

• 水质监测：在整个制备过程中，需要对各阶段的水质进行严格监测，包括电导率、TOC（总有机碳）、SiO₂（二氧化硅）含量等指标，及时发现和调整水质问题。
• 设备维护：定期对预处理系统、反渗透系统、EDI装置和抛光混床等设备进行维护和清洗，确保设备的正常运行和使用寿命。
• 树脂再生：EDI系统中的离子交换树脂需要定期进行电再生，抛光混床中的树脂也需要根据使用情况及时更换或再生。