摘要
研制的BW聚砜中空纤维超滤组件，在17~18MΩZ cm（25℃）超纯水中运行，电阻值下降＜0.5 MΩZ cm（25℃）,并可有效去除水中颗粒和细菌,已达到美Amicon公司生产80年代同类产品水平。
关键词： 中空纤维，超滤，超纯水，应用
前言
国外超纯水生产中，已广泛应用了反渗透、超过滤和微孔过滤等膜分离技术以及精制混合床等技术，一般纯水的电阻率能长期稳定在16~18 MΩZ cm（25℃），并能有效控制微粒和细菌数量。
中空纤维超滤组件是超纯水制备装置中关键设备之一，它可作为预处理手段，清除胶体和大分质，以减轻这些杂质对正向去离子化和反渗透的影晌，提高离子交换系统和反渗透单元出水质量与再生经济效果；它也可用在终点过滤或中央系统的“精密器”上，以去除微粒、胶体、细菌和有机物。
实验和结果
中空纤维超滤膜
BW中空纤维超滤膜以聚砜（大连第一塑料厂生产，特性粘度为0.56）为膜材料，采用干喷-湿纺法纺丝技术纺制而成，其原理与平板膜相似，基于相转化制膜机理[2,3]制得的中空纤维几何尺寸为：外径1.0mm，内径0.7mm。其结构为双排指状结构，这种结构提供了良好的纤维自支撑性能，测得爆破压力为1MPa。
采用不同分子量的球形蛋白质，在DC-2超滤系统上进行超滤膜的截留率试验，绘制了截留曲线，并与美国Amicon公司P系列膜进行了对比（表1，图1）。结果表明BW中空纤维超滤膜截留特性与美国Amicon公司的PM30超滤膜相近。
中空纤维超滤组件
BW中空纤维超滤组件壳体材料为聚砜，内装2000根中空纤维，两端用环氧树脂浇注密封，膜面积为4.4m2,外形尺寸为φ76×1092mm。中空纤维超滤组件透水性能试验采用美国Amicon公司D30PR-1型超滤系统。测定结果表明，BW中空纤维超滤组件在压力0.1MPa、温度25℃时，纯水产量可过到2ml/（m2Z hZ Pa）以上，达到国外同类产品水平（表2）。
表1 BW超滤膜截留性能与PM30膜比较
| 溶 质 | 分子量 | 截留率 | |
| BW | *PM30 | ||
| 核糖核酸酶 肌红蛋白 α-糜蛋白 胃蛋白酶 卵白蛋白 血红蛋白 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 |
* 此数据摘自“Hand Book of Separation
Tech. For Chem. Eng.” 图1 BW中空纤维超滤膜截留曲线 表2 BW组件与国外组件透水性能比较
| 膜组件型号 | 膜面积 （m2） | 操作压力 （MPa） | 产水量 (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中空纤维超滤组件在超纯水生产中应用试验
（1）中科院半导体所试验结果 BW中空纤维超滤组件在中科院半导体所进口超纯水制备系统中进行测试，其结果与国外同类产品对比如表3、4。
表3 电阻率下降变化对比 表4 颗粒截留性能对比
| 种类 | 电阻率(MΩZ cm)(25℃) | ||||
| 超滤进水 | 超滤出水 | ||||
| BW GM80 PM30 | 18.1 18.1 18.1 | 17.6 17.56 17.6 | |||
|
种类 |
颗粒（>1μm）（个/ml） | 截留率 | |||
| 超滤进水 | 超滤出水 | （%） | |||
|
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 | ||
结果表明，BW中空纤维超滤组件其截留颗粒与电阻下降等指标，均达到了国外同类产品水平。
采用BW中空纤维超滤器的超滤出水进行硅外延片冲洗对比试验，结果表时，未使用BW超滤器前，镜检有10%的片子局部有水渍；使用后基本无水渍。未使用超滤器的片子外延后，约10%的片子局部的小丘密度达104/cm2；使用后小丘密度减至~102/cm2。这对改进半导体材料是有明显效果的，可做到无层错、无小丘的高完整的外延片。
| 测试项目 | 分析结果 | |
| 超滤 入口水 | 超滤 出口水 | |
|
Na（x10-9） SiO（x10-9） 微粒(φ>1μm)(个/ml) 电导率（μs/cm） 电阻率（MΩZ cm） 细菌（个/ml） |
0.29 4.7 19.0 0.058 17.24 23 | 0.34 3.2 0.76 0.059 16.95 0 |
鞍山半导体器件厂的一座高纯水水站 采用4支φ76×1092mm的BW中空纤维超滤组件，于1989年3月正式运行，至今运行正常。装置设计流量为5t/h，压力在0~0.2MPa，并带有化学清洗槽和清洗泵，可对膜进行定期冲洗，其主要运行数据如下：
（a）进水压力为0.15MPa；总进水量为5.3t/h；出水量为5t/h；回流量为0.3t/h。
（b）正常生产时超滤进出口电阻率：进口：18 MΩZ cm(25℃), 出口：17.6 MΩZ cm(25℃); 进口: 17.2MΩZ cm(25℃), 出口: 17.0 MΩZ cm(25℃)。
（c）颗粒截留性能
（2）中国华晶电子集团公司试验结果 在中国华晶电子公司无锡742工厂引进的超纯水生产装置中进行了现场应用试验，进口水压控制在0.1~0.11MPa，进水电阻率约在17MΩZ cm(25℃)，此时压力0.1MPa，25℃出水流量为1100L/h，表5结果表明，BW组件在高纯水中进行，电阻率下降＜0.5 MΩZ cm(25℃)，并可有效脱除微粒和细菌。
表5 BW组件水质测试结果 （3）鞍山半导体器件厂应用试验结果
水质经中科院半导体所分析，超滤进水颗粒＞1μm为16.94个/ml；出水为0.31个/ml。
结论
1、采用干喷-湿纺纺丝技术，成功地纺制出聚砜中空纤维超滤膜其截留性能与美国Amicon公司的PM30膜相近。
2、BW中空纤维超滤组件在压力0.1MPa、温度25℃时，纯水产水量已达到800~1000L/h，可在工作压力0.2MPa、温度60℃以下，pH值1~13条件下正常工作；超滤出水＞1μm颗粒小于1个/ml；在17~18 MΩZ cm(25℃)超纯水中运行，电阻率值下降＜0.5 MΩZ cm(25℃)；超滤出水用于外延片试验已见明显效果。
3、实际应用表明，BW中空纤维超滤组件已达到国外80年代同类产品水平，可以取代和替换国外超滤组件。
