超純水系統(tǒng)中硼離子去除技術探討
發(fā)布時間：2023-06-27 訪問量：699 來源：本站
硼在元素周期表里面是五號元素，是IIIA族中唯一 一個非金屬元素。它是制造P型半導體的主要摻雜劑，基材中硼的含量直接影響半導體的極限電壓，因此要嚴格控制基材中硼的含量。在半導體制造的過程中，水、氣、化直接跟產品接觸，且絕大部分的工藝都跟超純水有關系，因此超純水的品質尤為重要。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辦法控制。 硼在濃度比較低的時候，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PH值超過11的時候，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。
下圖是隨著產水量的不斷增加，混床的穿透曲線圖，其中藍色曲線代表產水電阻率，品紅色曲線代表產水中硼離子含量，黑色曲線代表產水中二氧化硅含量。從曲線中可以看出，累計產水約3.1百萬加侖時，產水中硼離子含量開始上升；累計產水約5.1百萬加侖時，產水中二氧化硅含量開始上升；累計產水約5.3百萬加侖時，產水電阻率開始下降。因此表明混床運行過程中，硼離子是最早穿透的陰離子。從曲線還可以看出，一旦硼離子開始泄露，產水中硼離子的含量會急劇升高，甚至超過混床進水中的硼離子含量，這是因為原本吸附在樹脂上面的硼，會被其他的陰離子置換出來。如果我們僅用產水電阻率來判斷混床是否失效需要再生，在混床運行后期，產水中硼離子含量遠超過我們的指標，可能造成產線上的缺失。（硼的化學特性）
因此如果最終對硼離子要求高，不能只用產水電阻率來判斷混床是否失效，最好在混床產水安裝一臺在線的Sievers硼表。它的測量范圍是15ppt~20ppb，要求取樣水的電阻率在15兆以上。
美國F63-0213標準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，要求終端產水中硼離子含量小于50 ppb非常困難。 因為硼酸本身是陰離子，所以常規(guī)的超純水處理流程中的反滲透、離子交換技術對硼都有一定的去除作用。但是因為硼酸太弱，在離子交換的時候，它是最早穿透的陰離子；在反滲透運行過程中，如果反滲透進水是中性或酸性，一級反滲透對硼酸的去除效率只有30%~50%。但研究發(fā)現(xiàn)，如果提高反滲透進水的PH值，可以迅速提高反滲透對硼的去除率，從下圖可以看出，當反滲透進水PH值調到10以上時，反滲透對硼的去除率可達90%以上。
但是需要注意的是如果反滲透進水中含有硬度，再將進水的pH值調高，反滲透濃水側容易結垢。因此有人開發(fā)了HERO高效反滲透工藝，先用陽樹脂對反滲透進水進行處理，把水中的硬度全部去掉之后，再提高反滲透進水的pH值運行，HERO工藝可以提高反滲透對硼、硅以及、TOC的去除率。 EDI同樣是除鹽技術，它主要的技術是離子交換。陽膜和陰膜都是用離子交換樹脂或者跟離子交換樹脂一樣的材料做的。陽膜只允許陽離子通過，陰膜只允許陰離子通過。兩側的極板通上直流電之后，淡水室中的陽離子在負極的吸引下，穿過陽膜進入濃水室，因不能繼續(xù)通過陰膜，所以被留在濃水室里；同樣陰離子在正極的吸引下，穿過陰膜進入濃水室，因不能繼續(xù)通過陽膜，所以也被留在濃水室，淡水室中的離子被去除，水質得以提高。在EDI運行過程中，電場可以直接把水電離成氫根和氫氧根，對樹脂進行再生，因此EDI不用和混床一樣停機再生。◆ EDI運行操作非常簡單，且可以通過調節(jié)其運行電流來調節(jié)除硼、除鹽的能力。IONPURE公司VNX-EP型號的 EDI的除硼效率是95%以上。
◆ 混床中的強陰離子交換樹脂同樣可以除硼。如果終端產水水質對硼離子含量要求嚴格，可以設計兩級混床串聯(lián)運行，從而保證產水中硼離子的含量比較低。旋轉木馬式混床的運行模式是在普通的一用一備兩臺混床基礎上再加一臺混床，始終保持有兩臺混床串聯(lián)運行。
◆ 還可以采用專用的除硼樹脂，Dupont公司的Amberlite UP7530是均粒樹脂，可以裝填在拋光床中，確保產水中硼離子的含量穩(wěn)定合格。
因此根據(jù)進水的硼含量，以及終端產水水質對硼離子的要求，可以選擇不同的處理流程進行組合，確保終端產水水質達標。
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