超純水系統(tǒng)中硼離子去除技術(shù)探討
發(fā)布時(shí)間：2023-06-27 訪問(wèn)量：641 來(lái)源：本站
硼在元素周期表里面是五號(hào)元素，是IIIA族中唯一 一個(gè)非金屬元素。它是制造P型半導(dǎo)體的主要摻雜劑，基材中硼的含量直接影響半導(dǎo)體的極限電壓，因此要嚴(yán)格控制基材中硼的含量。在半導(dǎo)體制造的過(guò)程中，水、氣、化直接跟產(chǎn)品接觸，且絕大部分的工藝都跟超純水有關(guān)系，因此超純水的品質(zhì)尤為重要。如果超純水中硼含量得不到有效控制，基材里的硼含量就沒(méi)辦法控制。 硼在濃度比較低的時(shí)候，在水里主要是以硼酸或者是硼酸根的形式存在，兩者的比例隨pH值變化而變化，當(dāng)PH值超過(guò)11的時(shí)候，主要是以硼酸根形式存在；如果PH值小于7，主要以硼酸形式存在。硼酸的電離常數(shù)只有5.8 x 10-10，極不容易電離。因此，硼酸是弱酸，酸性非常弱。在常規(guī)的水處理流程中，硼酸比較難去除。
下圖是隨著產(chǎn)水量的不斷增加，混床的穿透曲線圖，其中藍(lán)色曲線代表產(chǎn)水電阻率，品紅色曲線代表產(chǎn)水中硼離子含量，黑色曲線代表產(chǎn)水中二氧化硅含量。從曲線中可以看出，累計(jì)產(chǎn)水約3.1百萬(wàn)加侖時(shí)，產(chǎn)水中硼離子含量開(kāi)始上升；累計(jì)產(chǎn)水約5.1百萬(wàn)加侖時(shí)，產(chǎn)水中二氧化硅含量開(kāi)始上升；累計(jì)產(chǎn)水約5.3百萬(wàn)加侖時(shí)，產(chǎn)水電阻率開(kāi)始下降。因此表明混床運(yùn)行過(guò)程中，硼離子是最早穿透的陰離子。從曲線還可以看出，一旦硼離子開(kāi)始泄露，產(chǎn)水中硼離子的含量會(huì)急劇升高，甚至超過(guò)混床進(jìn)水中的硼離子含量，這是因?yàn)樵疚皆跇?shù)脂上面的硼，會(huì)被其他的陰離子置換出來(lái)。如果我們僅用產(chǎn)水電阻率來(lái)判斷混床是否失效需要再生，在混床運(yùn)行后期，產(chǎn)水中硼離子含量遠(yuǎn)超過(guò)我們的指標(biāo)，可能造成產(chǎn)線上的缺失。（硼的化學(xué)特性）
因此如果最終對(duì)硼離子要求高，不能只用產(chǎn)水電阻率來(lái)判斷混床是否失效，最好在混床產(chǎn)水安裝一臺(tái)在線的Sievers硼表。它的測(cè)量范圍是15ppt~20ppb，要求取樣水的電阻率在15兆以上。
美國(guó)F63-0213標(biāo)準(zhǔn)建議硼離子的含量小于50ppb，通常超純水系統(tǒng)的原水中硼離子含量大約在0.1ppm左右，如果不加以重視，要求終端產(chǎn)水中硼離子含量小于50 ppb非常困難。 因?yàn)榕鹚岜旧硎顷庪x子，所以常規(guī)的超純水處理流程中的反滲透、離子交換技術(shù)對(duì)硼都有一定的去除作用。但是因?yàn)榕鹚崽酰陔x子交換的時(shí)候，它是最早穿透的陰離子；在反滲透運(yùn)行過(guò)程中，如果反滲透進(jìn)水是中性或酸性，一級(jí)反滲透對(duì)硼酸的去除效率只有30%~50%。但研究發(fā)現(xiàn)，如果提高反滲透進(jìn)水的PH值，可以迅速提高反滲透對(duì)硼的去除率，從下圖可以看出，當(dāng)反滲透進(jìn)水PH值調(diào)到10以上時(shí)，反滲透對(duì)硼的去除率可達(dá)90%以上。
但是需要注意的是如果反滲透進(jìn)水中含有硬度，再將進(jìn)水的pH值調(diào)高，反滲透濃水側(cè)容易結(jié)垢。因此有人開(kāi)發(fā)了HERO高效反滲透工藝，先用陽(yáng)樹(shù)脂對(duì)反滲透進(jìn)水進(jìn)行處理，把水中的硬度全部去掉之后，再提高反滲透進(jìn)水的pH值運(yùn)行，HERO工藝可以提高反滲透對(duì)硼、硅以及、TOC的去除率。 EDI同樣是除鹽技術(shù)，它主要的技術(shù)是離子交換。陽(yáng)膜和陰膜都是用離子交換樹(shù)脂或者跟離子交換樹(shù)脂一樣的材料做的。陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，陰膜只允許陰離子通過(guò)。兩側(cè)的極板通上直流電之后，淡水室中的陽(yáng)離子在負(fù)極的吸引下，穿過(guò)陽(yáng)膜進(jìn)入濃水室，因不能繼續(xù)通過(guò)陰膜，所以被留在濃水室里；同樣陰離子在正極的吸引下，穿過(guò)陰膜進(jìn)入濃水室，因不能繼續(xù)通過(guò)陽(yáng)膜，所以也被留在濃水室，淡水室中的離子被去除，水質(zhì)得以提高。在EDI運(yùn)行過(guò)程中，電場(chǎng)可以直接把水電離成氫根和氫氧根，對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行再生，因此EDI不用和混床一樣停機(jī)再生。◆ EDI運(yùn)行操作非常簡(jiǎn)單，且可以通過(guò)調(diào)節(jié)其運(yùn)行電流來(lái)調(diào)節(jié)除硼、除鹽的能力。IONPURE公司VNX-EP型號(hào)的 EDI的除硼效率是95%以上。
◆ 混床中的強(qiáng)陰離子交換樹(shù)脂同樣可以除硼。如果終端產(chǎn)水水質(zhì)對(duì)硼離子含量要求嚴(yán)格，可以設(shè)計(jì)兩級(jí)混床串聯(lián)運(yùn)行，從而保證產(chǎn)水中硼離子的含量比較低。旋轉(zhuǎn)木馬式混床的運(yùn)行模式是在普通的一用一備兩臺(tái)混床基礎(chǔ)上再加一臺(tái)混床，始終保持有兩臺(tái)混床串聯(lián)運(yùn)行。
◆ 還可以采用專用的除硼樹(shù)脂，Dupont公司的Amberlite UP7530是均粒樹(shù)脂，可以裝填在拋光床中，確保產(chǎn)水中硼離子的含量穩(wěn)定合格。
因此根據(jù)進(jìn)水的硼含量，以及終端產(chǎn)水水質(zhì)對(duì)硼離子的要求，可以選擇不同的處理流程進(jìn)行組合，確保終端產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
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