چرا بازسازی رزینهای پولیش برای آب فوق خالص توصیه نمیشود؟
رزینهای صیقلدهنده مورد استفاده برای آب فوق خالصمواد مصرفی یکبار مصرف و با دقت بالا هستند؛ بازسازی آنها توصیه نمیشود. دلیل اصلی این است که پس از بازسازی، رزین برای رسیدن به خلوص سطح ppt مورد نیاز برای فوق دقیق، با مشکل مواجه میشود.آب خالص برنامههای کاربردی، در حالی که هزینهها، خطرات و تخریب عملکرد مرتبط همچنان غیرقابل کنترل هستند.
۱. محدودیتهای خلوص
استاندارد پساب برای رزین جلادهنده تازه، مقاومت ویژه را برای تثبیت در ۱۸.۲ MΩ·cm (در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد) الزامی میکند، معیاری که نیاز به محتوای یونی کل در آب کمتر از ۱ ppb دارد.
در طول فرآیند احیا - حتی هنگام استفاده از اسید هیدروکلریک و هیدروکسید سدیم با گرید الکترونیکی - ناخالصیهای ناچیزی مانند سدیم، آهن و سیلیکون موجود در این واکنشدهندهها، ناگزیر در ماتریس رزین جمع میشوند. هنگامی که رزین احیا شده متعاقباً برای تولید آب به کار گرفته میشود، این ناخالصیهای انباشته شده به آرامی آزاد میشوند و منجر به سطح ثابتی از نشت یونی میشوند.
برای مثال، غلظت سدیم باقیمانده تنها 0.1 ppb کافی است تا مقاومت ویژه پساب مستقیماً از 18.2 MΩ·cm به زیر 17.5 MΩ·cm کاهش یابد - افتی که برای فرآیندهای تولید نیمههادی مدرن فاجعهبار است.
۲. آلودگی متقابل
رزینهای پولیش از مخلوطی بسیار یکنواخت از رزینهای تبادل کاتیونی و آنیونی تشکیل شدهاند. راندمان جداسازی تجهیزات جداسازی در سطح صنعتی معمولاً بین ۹۹.۵٪ تا ۹۹.۹٪ است؛ این بدان معناست که در طول بازسازی، حداقل ۰.۱٪ تا ۰.۵٪ از دانههای رزین به ناچار دچار آلودگی متقاطع (یعنی اختلاط تصادفی) میشوند.
اگرچه این نسبت ممکن است ناچیز به نظر برسد، اما عواقب آن فاجعهبار است: رزینهای آنیونی که به طور تصادفی در مخزن احیای کاتیونی مخلوط میشوند، به شکل کلرید خود تبدیل میشوند، در حالی که رزینهای کاتیونی که در مخزن احیای آنیونی مخلوط میشوند، به شکل سدیم خود تبدیل میشوند. پس از مخلوط شدن مجدد رزینها برای سرویس، این بخش آلوده به طور مداوم یونهای کلرید و یونهای سدیم را به جریان آب نشت میدهد.
دادههای تجربی نشان میدهند که آلودگی متقاطع تنها 0.2٪ رزین آنیونی کلرید-فرم میتواند باعث شود غلظت پسزمینه یونهای کلرید در آب تولیدی به طور مداوم بالاتر از 0.5 ppb باقی بماند. در نتیجه، مقاومت ویژه پساب به طور دائم در حدود 17.8 MΩ·cm محدود میشود - سطحی که صرف نظر از میزان شستشوی سیستم، هرگز نمیتواند به حداکثر حد نظری 18.2 MΩ·cm برسد.
۳. تخریب فیزیکی
برای اطمینان از سطوح بسیار پایین کل کربن آلی (TOC) و به حداقل رساندن ریزش ذرات، اکثر رزینهای پولیش به صورت دانههای ژلی با خلوص بالا تولید میشوند. شوک اسمزی ناشی از بازسازی مکرر باعث میشود حجم رزین دچار انبساط و انقباض چرخهای ۵ تا ۱۰ درصدی شود که مستقیماً منجر به شکستگی مکانیکی میشود.
برای رزین نو، معمولاً میتوان میزان ریزش ذرات ریز را تا حدود ۵۰۰ ذره در هر میلیلیتر (برای ذرات با قطر > ۲ میکرومتر) کنترل کرد. با این حال، برای رزین کهنهای که ۳ تا ۵ چرخه بازسازی را پشت سر گذاشته است، تعداد ذرات ریز ریزششده ممکن است به هزاران یا حتی دهها هزار در هر میلیلیتر برسد. این امر مستقیماً آب فوق خالص را آلوده میکند و به عنوان منبع آلودگی ذرات کشنده برای تراشههای نیمههادی با اندازههای مشخصه که وارد رژیم نانومقیاس شدهاند، عمل میکند.
علاوه بر این، آلایندههای جزئی مانند آهن و سیلیکون موجود در آب ورودی میتوانند باعث گرفتگی منافذ عمیق در ماتریس رزین شوند. این امر منجر به از دست رفتن ظرفیت تبادل یونی از ۱۵٪ تا ۳۰٪ میشود - بخشی از ظرفیت که از طریق بازسازی قابل بازیابی نیست.
۴. TOC و میکروارگانیسمها
کاربردهای آب فوق خالص الزامات بسیار سختگیرانهای را در مورد کل کربن آلی (TOC) اعمال میکنند، به طوری که مشخصات نهایی معمولاً سطوح زیر 0.5 ppb (و در برخی موارد، حتی زیر 0.1 ppb) را الزامی میکند. برای رزینهای پولیش جدید، میتوان به طور مؤثر میزان TOC را تا سطوح زیر 5 ppb کنترل کرد (و استانداردهای لازم را پس از شستشوی دینامیکی برآورده کرد).
با این حال، مواد شیمیایی مورد استفاده در طول بازسازی، و همچنین محیطهای اسیدی و قلیایی خشن، تخریب اسکلت پلیمری رزین را تسریع میکنند. در نتیجه، پس از بازسازی، سطح نشت TOC از رزین اغلب به طور چشمگیری به بین 20 تا 50 ppb افزایش مییابد و رزین حتی پس از شستشوی طولانی مدت، اغلب استانداردهای خلوص را برآورده نمیکند.
در مورد آلودگی میکروبی، رزین مصرفشده در یک سیستم میتواند به عنوان محل پرورش باکتریها عمل کند، به طوری که تعداد کلونیها به طور بالقوه به 10² تا 10⁴ CFU/mL میرسد. از آنجایی که فرآیند احیا برای دستیابی به استریلیزاسیون کامل تلاش میکند، بازگرداندن چنین رزینی به مرحله نهایی پولیش، مستقیماً سیستم آب فوق خالص را با باکتریها آلوده میکند و در نتیجه منجر به آلودگی در کل شبکه توزیع میشود.