电子级超纯水中TOC处理技术及原理

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2025-0256

摘要/Abstract

摘要：

电子级超纯水（E-UPW）是半导体制造业的基础生产资料之一，其水质标准极高，需要尽可能去除水中全部溶解性和非溶解性物质，水中总有机碳（TOC）含量是影响产品良率的重要指标之一。首先解读了中国标准《电子级水》（GB/T 11446.1—2013）和美国材料与试验协会（ASTM）所制定标准《电子和半导体工业用超纯水标准指南》（ASTM D5127—2018）在对E-UPW的分类、指标要求及检测方法等方面存在的差异，之后基于TOC的来源和特性，综述了现有E-UPW制备技术处理TOC的效能、原理和瓶颈问题。常规技术（预处理、脱盐、抛光）采用活性炭吸附、反渗透（RO）、真空紫外（VUV）及抛光树脂等多重组合工艺，可将TOC降至1~20 µg/L，但对低分子质量及电中性有机物的去除能力有限。前沿技术如臭氧/溴化钠、超临界水氧化及硫酸根自由基高级氧化等技术展现出高效降解痕量有机物的潜力。未来研究应重点优化AOPs-传统工艺耦合模式，开发低能耗活化技术，建立动态评估模型，并集成智能调控，实现E-UPW系统的高效运行和半导体行业的可持续发展。

关键词: 电子级超纯水, 总有机碳, 小分子有机物

Abstract:

Electronic grade ultra-pure water(E-UPW) is one of the basic production materials for semiconductor industry. It has extremely high water quality standards that require the removal of all soluble and insoluble substances from the water as much as possible. Total organic carbon(TOC) in water is one of the important indexes affecting the product yield. First, the differences between Chinese standard Electronic Grade Water (GB/T 11446.1—2013) and Standard Guide for Ultra-Pure Water Used in the Electronics and Semiconductor Industries (ASTM D5127—2018) formulated by American Society for Testing Materials(ASTM) in terms of the classification, index requirements, and detection methods of E-UPW were interpreted. Based on the source and characteristics of TOC, the efficacy, mechanism and bottleneck problems of existing E-UPW preparation technologies in the treatment of TOC were reviewed. The conventional technologies(pre-treatment, desalination, polishing) adopted the combined process of activated carbon adsorption, reverse osmosis(RO), vacuum ultraviolet(VUV), and polishing resin, which could reduce TOC to 1-20 µg/L, but its removal capacity for low molecular and electrically neutral organic matter was limited. Frontier technologies such as ozone/sodium bromide, supercritical water oxidation, and sulfate radical advanced oxidation showed the potential for efficient degradation of trace organic matter. Future research should focus on optimizing AOPs-conventional process coupling mode, developing low-energy consumption activation technology, establishing dynamic evaluation models, integrating intelligent regulation to realize the efficient operation of E-UPW systems and the sustainable development of the semiconductor industry.

Key words: electronic grade ultra-pure water, total organic carbon, small molecule organic matter

中图分类号:

TQ085+.4

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https://www.iwt.cn/CN/Y2026/V46/I2/11

图/表 5

图1 E-UPW原水来源示意

Fig.1 Schematic diagram of the raw water for E-UPW

图2 自来水和再生水中的TOC质量浓度对比

Fig.2 Comparison of TOC concentration between tap water and recycled water

图3 离子交换树脂法E-UPW制备工艺流程示意

Fig.3 Schematic diagram of the preparation process of E-UPW by ion exchange resin method

图4 VUV技术反应机理示意

Fig.4 Schematic diagram of the reaction mechanism of VUV technology

表1 VUV去除有机物的主要反应

Table 1 The primary reactions of VUV for eliminating organic compounds

反应方程	反应速率表征	反应式
$H 2 O → h v 185 n m H O · + H ·$	$Φ = 0.33 m o l / m o l$	（1）
$H 2 O → h v 185 n m H O · + H + + e a q -$	$Φ = 0.045 m o l / m o l$	（2）
$O 2 + H · → H O 2 ·$	$k = 2.1 × 1010 L / (m o l ∙ s)$	（3）
$O 2 + e a q - → O 2 ⋅ -$	$k = 2.0 × 1010 L / (m o l ∙ s)$	（4）
$H O · + H O 2 · → H 2 O + O 2$	$k = 6.6 × 109 L / (m o l ∙ s)$	（5）
$H O · + H O · → H 2 O 2$	$k = 4.0 × 109 L / (m o l ∙ s)$	（6）
$H O 2 · + H O 2 · → H 2 O 2 + O 2$	$k = 4.0 × 109 L / (m o l ∙ s)$	（7）
$H O 2 · + O 2 ⋅ - + H 2 O → H 2 O 2 + O 2 + O H -$	$k = 9.7 × 107 L / (m o l ∙ s)$	（8）
$H 2 O 2 → h v 185 n m 2 H O ·$	$Φ = 0.5 m o l / m o l$	（9）
$H 2 O 2 → h v 254 n m 2 H O ·$	$Φ = 0.5 m o l / m o l$	（10）
$3 O 2 → h v 185 n m 2 O 3$		（11）

表1 VUV去除有机物的主要反应

Table 1 The primary reactions of VUV for eliminating organic compounds

反应方程	反应速率表征	反应式
$H 2 O → h v 185 n m H O · + H ·$	$Φ = 0.33 m o l / m o l$	（1）
$H 2 O → h v 185 n m H O · + H + + e a q -$	$Φ = 0.045 m o l / m o l$	（2）
$O 2 + H · → H O 2 ·$	$k = 2.1 × 1010 L / (m o l ∙ s)$	（3）
$O 2 + e a q - → O 2 ⋅ -$	$k = 2.0 × 1010 L / (m o l ∙ s)$	（4）
$H O · + H O 2 · → H 2 O + O 2$	$k = 6.6 × 109 L / (m o l ∙ s)$	（5）
$H O · + H O · → H 2 O 2$	$k = 4.0 × 109 L / (m o l ∙ s)$	（6）
$H O 2 · + H O 2 · → H 2 O 2 + O 2$	$k = 4.0 × 109 L / (m o l ∙ s)$	（7）
$H O 2 · + O 2 ⋅ - + H 2 O → H 2 O 2 + O 2 + O H -$	$k = 9.7 × 107 L / (m o l ∙ s)$	（8）
$H 2 O 2 → h v 185 n m 2 H O ·$	$Φ = 0.5 m o l / m o l$	（9）
$H 2 O 2 → h v 254 n m 2 H O ·$	$Φ = 0.5 m o l / m o l$	（10）
$3 O 2 → h v 185 n m 2 O 3$		（11）

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