JPH03151092A

JPH03151092A - 超純水製造用カラム

Info

Publication number: JPH03151092A
Application number: JP28766589A
Authority: JP
Inventors: Masaru Noyori; 野寄　賢; Motohiro Okazaki; 岡崎　素弘; Haruo Yokota; 晴男横田; Takurou Shiyama; 卓朗獅山
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1991-06-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、超純水を製造するためのカラムに関するもの
であり、さらに詳しくは、紫外線灯とイオン交換体と精
密濾過膜および／または限外濾過膜を一列に並べ一体化
し、イオン性物質、有機物。

微粒子、および生菌などの不純物を簡単にかつ極度に低
減化できるコンパクトな超純水製造用カラムに関する。

［従来の技術］近年、電子工業分野あるいは医薬分野などに用いられる
超純水は、産業の高度化にともないより高純度の水が要
求されている。特に半導体ウェハーの洗浄用水は集積回
路の集積度が高度化するにつれて、従来の超純水よりさ
らに高純度の水すなわち水辺外の成分をほとんど含まな
い水が要求されつつある。

また、より高純度の水を手軽に製造できるコンパクトな
高性能超純水製造装置の需要も増えつつある。

これまで超純水を製造する場合例えば、原水を活性炭で
処理し１次いで逆浸透膜装置を経てイオン交換樹脂に通
水、電気比抵抗１０ＭΩ・口程度の水を得る一次純水装
置き、得られた水を紫外線殺菌装置で殺菌後、イオン交
換樹脂に再度通水して１８ＭΩ・口辺上とする二次純水
製造装置からなる超純水製造装置がある。

また、有機不純物の低減化を目的とし水中の有機物を紫
外線照射によって酸化分解（ＵＶ酸化法）し、生成した
有機酸をイオン交換樹脂で除去する工程を加えたものも
ある。

ところが従来装置では各浄化工程がそれぞれ独立して組
み込まれているため、それぞれを接続する短管、継手な
どが必要となり装置が複雑かつ大型化することとなる。

また、それぞれの部材から新たな不純物が溶出、混入し
得られる水の純度が低下するという欠点を有している。

一方、半導体工場などでは超純水製造システムで製造さ
れた超純水を、ユースポイントまで配管系により移送し
ている。端末配管系は、不純物の溶出が少ない部材を使
用しているものの有機物。

イオン、微粒子などの混入は避は難く、超純水の純度が
低下しているのが実情であり、今後半導体集積度の向上
にともない超純水の高純度化要求はますます厳しくなっ
ていることから、そのまま純度の低下した水を使用でき
なくなってきている。

ところがこれまでユースポイントにおいて使用できる高
性能小型超純水製造用カラムは９強い要望があるにも拘
らず存在していないのが実情である。

かかる従来技術の現状から、増々拡大する高純度の超純
水の需要に対応可能な小型でコンパクトな超純水製造ユ
ニットの開発が強く望まれている。

［発明が解決しようとする課題〕上述したような従来技術の問題点を解消するため９本発
明者らは鋭意検討を重ねた結果９本発明に到達した。

すなわち本発明は、超純水製造システムすなわち、微量
有機物を酸化分解する紫外線灯およびイオン交換体さら
に微粒子除去用フィルターをユニット化し、極めて理論
純水に近い高純度な水を高流速で手軽に製造できかつ、
新たな不純物の溶出のない超純水製造用カラムを提供す
るものである。

［課題を解決するための手段］本発明は次の構成を有する。

（１）［１］紫外線灯と■イオン交換体と■精密濾過膜
および／または限外濾過膜が、■、■、■の順序で一体
化していることを特徴とした超純水製造用カラム。

■　イオン交換体がイオン交換樹脂とイオン交換繊維か
らなる前記（１）項に記載の超純水製造用カラム。

（３）イオン交換体がイオン交換繊維のみからなる前記
（１）項に記載の超純水製造用カラム。

（４）紫外線灯とイオン交換体の間に紫外線遮蔽用多孔
板および／または網を置いた前記（１）〜（３）項のい
ずれかに記載の超純水製造用カラム。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明は、先ず被処理水を紫外線で照射し、含有する有
機不純物を酸化分解する。

次いで酸化分解で生成した有機酸や二酸化炭素および被
処理水中のその他の不純物をイオン交換体で処理し、比
抵抗１８・２ＭΩ・口辺上、ＴＯＣ（有機炭素）ｉｏｐ
ｐｂ以下とし、さらに精密濾過膜および／または限外濾
過膜で最終濾過を行なうものでかつ、それぞれが一体化
しており次工程へ移送するための配管系を使うこと無く
超純水が得られる。

本発明で紫外線照射に用いる紫外線灯としては。

紫外線を発生するものであればいかなる装置でも良いが
、低圧水銀灯を用いるのが好ましい。

また、紫外線の波長は１７０〜４００ｎｍ、紫外線照射
量としては１００〜５０００ワット時／ｍ３−処理水の
範囲のものである。

紫外線照射量は、紫外線の波長、紫外線の強さ紫外線照
射器の構造あるいは被処理水中の有機不純物の量、処理
速度によって一定ではないが酸化分解を十分行なうこと
ができれば特に限定しない。

本発明において、過酸化水素、塩素９次亜塩素酸ソーダ
などの酸化剤、あるいは光触媒の存在下で紫外線照射し
ても良い。

本発明でいうイオン交換体とは、イオン交換樹脂あるい
はイオン交換繊維を意味する。イオン交換樹脂としては
、直径が１００〜１０００μｍの公知ならびに市販のイ
オン交換樹脂を挙げることができる。イオン交換樹脂は
、具体的には耐薬品性ｅ耐熱性に優れたスチレン−ジビ
ニルベンゼン共重合体にイオン交換基を導入したゲル型
ならびにＭＲ型・ＭＰ型イオン交換樹脂を挙げることが
できる。市販のものとしてアンバーライト（オルガノ社
製）、ダイヤイオン（三菱化成社製）などがある。

またイオン交換繊維としては２通常直径が０゜１〜１０
０μｍ、好ましくは１〜１００μｍの公知のイオン交換
繊維を意味する。その具体例としては、ポリスチレン系
、ポリフェノール系、ポリビニルアルコール系、ポリア
クリル系、ポリエチレン系、ポリアミド系などの合成有
機質ポリマ（イオン交換用ポリマ）にイオン交換基を導
入した不溶性合成有機質イオン交換繊維を挙げることが
できる。そのなかでもイオン交換用ポリマと補強用ポリ
マからなる繊維、好ましくはイオン交換用ポリマを鞘成
分の主成分に、補強用成分を芯成分の主成分にした多芯
型混合および複合繊維を基材としたイオン交換繊維が操
作上の十分な機械的強度ならびに形態保持性を有してい
るので良い。

補強用ポリマの割合は９通常１０〜９０％であるがあま
り少なすぎると機械的強度が弱くなり、逆に多すぎると
イオン交換量や吸着量が低下するので２０〜８０％の範
囲が好ましい。

イオン交換用ポリマとしては、ポリ（モノビニル芳香族
化合物）特にポリスチレン系化合物が耐薬品性に優れて
いるので好ましい。

イオン交換繊維の含水炭は通常０．５〜１０であるが、
あまり小さすぎると高度にイオン交換や吸着を行うのが
難しくなり、逆にあまり大きすぎると通液抵抗が大きく
なるので、１〜５の範囲が好ましい。ここで含水炭とは
Ｎａ型（ＣＩ型）のカチオン（アニオン）交換繊維を蒸
溜水に浸した後、家庭用の遠心脱水機で５分間遠心脱水
して表面の水分を除去、直ちに重量（Ｗ）を測定しさら
に乾燥して重さを測り（Ｗｄ）、次式より求めた値であ
る。

含水炭＝　（Ｗ−Ｗｄ）／Ｗｄ繊維の形態としては、短繊維、フィラメント糸。

フェルト織物、不織布１編物、繊維束、ひも状物９紙な
どの公知の任意の形態、集合体もしくはそれらの裁断物
を挙げることができる。そのなかでも特に０．１〜３止
、望ましくは０．３〜１市の短繊維が充填しやすく、ま
た異種繊維同志の混合が容易なので好ましく用いられる
。

本発明のイオン交換体は９強塩基性陰イオン交換体単独
でも良いが強酸性陽イオン交換体との混合床で処理する
のが好ましい。なお９強酸性陽イオン交換体及び強塩基
性陰イオン交換体からなる混合床の両者の比率は、９０
／１０〜１０／９０が好ましく用いられるが、より好ま
しくは７０／３０〜３０／７０である。

本発明の精密濾過膜は、孔径が１０μｍ以下。

好ましくは１μｍ以下であり０．２μｍ以下のものが微
粒子、細菌などの除去のためより好ましい。

精密濾過膜の素材としては製膜が可能で、かつ水を汚染
しないなもであれば特に限定しないが。

例えばナイロン６・６．ポリスルホン、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリ
デン、セルローズ誘導体、ポリテトラフルオロエチレン
等のフッ素系ポリマー等を挙げることができる。

さらに該精密濾過膜の形状としては特に限定しないが、
圧損の小さいものが好ましく例えば平型。

プリーツ型などが用いられる。

本発明の限外濾過膜としては、セルローズアセテート、
ポリアミド、ポリスルホン（ポリエーテルスルホン）、
ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリルおよ
びこの共重合体、セラミックなどの膜を挙げることがで
きる。形状としては。

ホローファイバー型のものが好ましく用いられる。

本発明は、該精密濾過膜と限外濾過膜を併用しても構わ
ない。

本発明で最も重要な要件としては、該紫外線灯。

イオン交換体および精密濾過膜および／または限外濾過
膜が一体化していることである。

本発明でいう一体化とは、紫外線灯、イオン交換体、限
外ろ過膜、精密濾過膜を収納する胴部（カラム）がまっ
たく接合部を持たないもの、決るいは少なくとも一箇所
の接合部を持つものを（うが、接合部が存在する場合で
も短管などによイ配管系を持たない方法で各々の胴部は
接続されマいるものをいう。

接続する方法としては、シール性および耐久性に優れ、
不純物の溶出しない方法であれば公知にいかなる方法で
も良い。

例えば、フランジ、ネジ、■バンド、接着剤。

あるいは溶接等により接合し必要に応じてシール剤、シ
ールテープ、０リング、ガスケット類なとを併用する方
法である。

また該胴部に使うカラムの材質は不純物の溶辻がなく、
耐久性に優れたものであれば特に限定しないが例えばス
テンレス（ＳＵＳ３１６）製で基面を複合電解研磨した
ちが良い。

本発明の超純水製造用カラムは、一体化してしるためそ
れぞれを接続する配管系が不要となる。

また継手もほとんど使う必要が無く９部材からの新たな
不純物の溶出、混入が極めて少なく水Ｃ純度が低下しな
い。

さらに、装置も小型になるためユースポイント直前で、
移送中低下した超純水の純度を再度高めることも極めて
容易なことであり超純水製造用ユースポイントカラムと
して利用できる。

本発明は、イオン交換樹脂（Ａ）とイオン交換繊維（Ｂ
）を併用するとイオン交換体の寿命が延びることから長
時間の使用が可能となりより好ましい。この場合イオン
交換樹脂は９通水方向に対して上流側、イオン交換繊維
を下流側に積層して充填するのが寿命の延長効果をより
発揮するためには好ましい。また２両者の割合としては
（Ａ）＝（Ｂ）が９．５：０．５〜３ニア、好ましくは
９：１〜５：５である。この範囲をはずれると、高純度
水が得られないばかりか寿命の延長効果も期待できない
。

さらに本発明は、イオン交換繊維単独で用いるとイオン
交換樹脂にくらべて反応速度が大きいため高流速で通水
できまた。該イオン交換繊維自身を高度に精製できるこ
とから不純物の溶出も極めて少なくより高純度の水が得
られるため最も好ましい。

本発明で用いるイオン交換繊維はより高純度の水を得る
ため、該繊維１ｇ当り（乾燥重量）Ｎａ（カチオン交換
繊維）、　　ＣＩ　（アニオン交換繊維の含有量がそれ
ぞれ５００μｇ、５０００μｇ以下のものが好ましく、
２００μｇ、２０００μｇ以下のものがより好ましい。

本発明で用いるイオン交換体の量は、要求水質およびカ
ラムの大きさなどの制約により適宜法めるのが好ましい
。

また本発明では、紫外線灯とイオン交換体の間に紫外線
を遮蔽（吸収）する多孔板および／または網を置くと紫
外線によるイオン交換体の劣化を押さえることができる
ためより好ましい。

紫外線を遮蔽（吸収）する多孔板および／または網とし
ては、紫外線の量を少なくとも１０％以上減少させる必
要がありかっ、新たに不純物を溶出しないものでなくて
はならない。

例えば、フッ素系樹脂、ポリエーテルエーテルケトンな
どに紫外線吸収剤を少量添加した多孔板がよい。紫外線
吸収剤としては、トリアゾール化合物、サリチル酸エス
テル、ベンゾフェノン、アクリルニトリル置換体などで
ある。また、添加量としては、０．５％以下が好ましく
、紫外線遮蔽効果のある範囲内であれば少ない程良い。

本発明の紫外線灯、イオン交換体、限外ろ過膜。

精密濾過膜を収納する胴部（カラム）の大きさとしては
特に限定しないが小さい程好ましく使用目的、用途、原
水の純度、使用条件（採水量１通水速度）、設置場所な
どにより適宜設計するのが好ましい。

以下実施例において本発明を具体的に説明するが９本発
明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例］実施例で用いるイオン交換体は次のものである。

イオン交換樹脂市販イオン交換樹脂ＥＧ−２９０（オルガノ社製）を超
純水で洗浄して使用した。

イオン交換繊維多芯海島型複合繊維（未延伸糸）［海成分（ポリスチレ
ン）／島成分（ポリエチレン）＝５０１５０（品数１６
．繊維直径３４μｍ）］を長さ０゜５Ｍに切断してカッ
トファイバーを得た。

該カットファイバー１重量部を市販の１級硫酸７．５容
量部とパラホルムアルデヒド０．１５重量部からなる架
橋・スルホン化液に加え８０℃で４時間反応処理した後
、水洗した。

次にアルカリで処理してから水洗することによってスル
ホン酸基を有するカチオン交換繊維を得た（交換容量３
．０ミリ当量／　ｇ　−Ｎ　ａ　、含水度１．０）。

上記カットファイバー１重量部を市販の１級硫酸５容量
部、水０．　５容量部とバラホルムアルデヒド０．２重
量部からなる架橋液に加え８５℃で４時間架橋反応を行
った。

次にクロルメチルエーテル８．５容量部と塩化第二スズ
１．５容量部からなる溶液に架橋糸を加え、クロルメチ
ル化した後、３０％トリメチルアミン水溶液１０容量部
に加え３０℃で１時間アミノ化して水洗した。さらに塩
酸で処理してから水洗することによってトリメチルアン
モニウムメチル基を有するアニオン交換繊維を得た（交
換容量２．８ミリ当量／ｇ−ＣＩ、含水度１．３）。

イオン交換繊維混合体は、上記カチオン交換繊維および
アニオン交換繊維をそれぞれ酸、アルカリで活性化した
後９両者を５０１５０の割合で攪拌混合したものを用い
た。

なお、イオン交換・繊維混合体１ｇ（乾燥重量）中のＮ
ａ（カチオン交換繊維）、　　ＣＩ　　（アニオン交換
繊維）含有量は、それぞれ５０ｇｇ、１０００μｇであ
った。

実施例１本発明の超純水製造用カラムを第１図に示した。

原水の水質は、比抵抗：１７．５ＭΩ・ｃｍ（電気化学
計器（株）製、ＡＱ−１１型比抵抗計で測定）、ＴＯＣ
：　２０ｐｐｂ　（東しエンジニアリング（株）製、自
動分析計ＴＯＣ７１０型で測定）。

微粒子（０，１μｍ以上）：１個／ｍｌ（東しエンジニ
アリング（株）製、微粒子カウンターで測定）生菌：０
個／ｍｌの原水を、紫外線灯胴部（１）。

イオン交換体胴部（２）、メンブレンフィルター胴部（
３）をポリテトラフルオロエチレン製ガスケットを用い
Ｖバンドにより各々接合［接合部（１０）］一体化した
カラムに、紫外線灯［（４）波長１８５ｎｍの低圧水銀
灯、オーク製作新製。

高入力タイプＶＵＶ型、５００Ｗ、０．２ｍ　　１本コ
、前記イオン交換樹脂（６−ａ）５０ｇ、比抵抗計［（
８）電極：チタン、ポリビニリデンフルオライド］、プ
リーツ型メンブレンフィルター［（９）富士フィルム株
製　孔径０．０５μｍ］を第１図のように収納あるいは
充填し、さらにイオン交換体胴部の上部に紫外線遮蔽用
ポリテトラフルオロエチレン製多孔板（５）、下部にメ
ツシュフィルター［（７）１４５メツシユ、ポリテトラ
フルオロエチレン製］を置いた超純水製造用カラムにＩ
Ｑｌ／ｍｉｎで通水し超純水を得た。ユースポイントに
おける水質を第１表に示した。

本発明のカラムを用いれば、極めて純度の高い超純水が
得られる。

実施例２イオン交換樹脂の代りに前記混合イオン交換繊維（６−
ｂ）５０ｇを用いた他は、実施例１と同様に通水した。

ユースポイントにおける水質を第１表に示した。

実施例１と同等以上の極めて純度の高い超純水が得られ
る。

実施例３本発明の超純水製造用カラムを第２図に示した。

前記イオン交換樹脂（６−ａ）４０ｇと前記混合イオン
交換繊維（６−ｂ）１０ｇをイオン交換樹脂（６−ａ）
が通水特上流側になるよう充填し。

その他はすべて実施例１と同様にして通水した。

ユースポイントにおける水質を第１表に示した。

実施例２と同等の極めて純度の高い超純水が得られる。

比較例１従来の超純水製造装置のフローを第３図に示した。

実施例１で用いた紫外線灯（４）、イオン交換体（６−
ａ）、プリーツ型メンブレンフィルター（９）をそれぞ
れ独立して設置し、硬質の塩化ビニル樹脂製（超純水グ
レード品）の短管（１１）で接続した超純水製造装置に
実施例１で用いた原水を１０１／ｍｉｎで通水した。

ユースポイントにおける水質を第１表に示した。

本発明のものに比べ水質が劣る。特に、ＴＯＣ。

比抵抗は配管からの不純物の溶出により劣っている。ま
た、装置が大きくなるためユースポイントでの使用が不
便でかつ設置場所も広く必要になる。

第１表［発明の効果］本発明は紫外線灯、イオン交換体、メンブレンフィルタ
ーを一体化することにより配管や継手が不要になるため
極めてコンパクトな超純水製造用カラムを提供すること
ができるばかりか、従来技術で問題となっていた部材か
ら溶出する不純物の汚染による水質低下環が防止される
。また配管系等でユースポイントまで送液されてくるう
ちに低下した超純水を再度高純度水とするための手軽で
簡便な超純水製造用カラムとして利用できる。

さらに、要求水質が益々高純度化するなかで。

広範囲の要求にも対応することが可能である。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明（実施例１，２）の超純水製造用カラム
の模式的な断面図である。第２図は本発明の別の（実施
例３）超純水製造用カラムの模式的な断面図である。第３図は従来の超純水製造用フローを示した概念図であ
る。図中において１・・・紫外線灯胴部２・・・イオン交換体胴部３・・・メンブレンフィルター胴部１１〜３材質ニステンレス（ＳＵＳ３１６）仕上：内面複合電解研磨ゴールド処理４・・・紫外線灯５・・・ポリテトラフルオロエチレン製多孔板（紫外線
吸収割合）６・・・イオン交換体６−ａ：イオン交換樹脂６−ｂ＝混合イオン交換繊維７・・・メツシュフィルター８・・・比抵抗計９・・・プリーツ型メンブレンフィルター１０・・・接
合部１１・・・短管

Claims

【特許請求の範囲】

（１）［１］紫外線灯と［２］イオン交換体と［３］精
密濾過膜および／または限外濾過膜が、［１］、［２］
、［３］の順序で一体化していることを特徴とした超純
水製造用カラム。
（２）イオン交換体がイオン交換樹脂とイオン交換繊維
からなる請求項（１）に記載の超純水製造用カラム。
（３）イオン交換体がイオン交換繊維のみからなる請求
項（１）に記載の超純水製造用カラム。
（４）紫外線灯とイオン交換体の間に紫外線遮蔽用多孔
板および／または網を置いた請求項（１）〜（３）のい
ずれかに記載の超純水製造用カラム。