AMBERJET UP6040是一種專門為了用於最高純度的水處理系統中的終端精製器所設計，製造生產的半導體級混床離子交換樹脂。
基本介紹
- 中文名：羅門哈斯UP6040
- 用處：處理高純度水
- 使用條件：除去所有的不純物
- 使用壽命：一年以上
基本內容,設計概念,工作交換容量,混床樹脂型號套用及特性,流量及壓差,操作溫度,樹脂特性,
基本內容
AMBERJET UP6040是一種專門為了用於最高純度的水處理系統中的終端精製器所設計，製造生產的半導體級混床離子交換樹脂。此預先混合的產品是由依當量平衡比例的高交換容量，完全再生的凝膠型強酸陽樹脂及強鹼陰樹脂所組合的。這些樹脂是經由羅門哈斯公司專利的噴射製程(jetting process)所生產的具極佳的物理及化學穩定性的均一顆粒型樹脂。二種樹脂顆粒大小的分布是經過特別設計，以避免當樹脂與水攪拌時，陽陰樹脂因為重力的不同而分離。如此的設計，可確保終端精製塔內的混床樹脂是完全混合的，並發揮最佳的交換平衡效益。均一顆粒的特性使得樹脂加強了混床樹脂的離子交換速率，使得樹脂可操作於較高的采水流量，並達到壓差及純度的最佳平衡點。上述的特點，使得此樹脂可在消耗最少的清洗水情形下，得到最高純度的純水。
AMBERJET UP6040是因應使用於半導體產業的超純水系統，及其它類似用途的需求，所特殊設計的不再生型終端精製混床樹脂。此樹脂的使用，使得所有種類的離子，如二氧化矽、TOC及次微米顆粒濃度等的泄漏量，進入了新低的紀元。由於為不再生型，此新種類的半導級混床樹脂不會受到再生系統的影響，並可在采水中發揮最佳的特性。AMBERJET UP6040並不建議用於可再生的混床系統中。
設計概念
超純水討論的是兆分之一(ppt)不純物的範圍，在如此的嚴格的要求下，終端精製混床樹脂的設計是沒有任何彈性的。此終端精製混床樹脂的使用必須確保除去所有的不純物，例如前端製程所可能導入的再生劑化學殘餘物質等。在水力的設計上，必須確保采水周期時水流分布是均勻的，同時壓差及離子交換速率也必須是平衡的。此最終精製的效能，必須是在可信賴的設備及可負擔的（成）考量下被確保的。整個系統必須是精簡的、易操作及不容易故障的。大部份的超純水系統工程師及供貨商會考慮使用不再生型的終端精製混床樹脂來達到上述對最後精製系統的要求。而AMBERJET UP6040正是完全符合這些要求的最佳選擇。在正確的不再生精製器的設計及操作下，AMBERJET UP6040樹脂可以符合成、效能、使用壽命等的要求及最重要的可信賴性。
工作交換容量
與一般的離子交換樹脂套用相比較，交換容量在超純水系統的終端精製混床套用上並不是最主要的因素，因為精製混床的入水水質所殘餘的不純物，應該已是ppb的範圍。因此終端精製混床樹脂床的設計，是在不超過樹脂的離子交換速率範圍內，以最大的流量及最少的床體接觸時間為主要的參考數據。
一般而言，精製混床的入水水質不純物含量，雖然是相當的低，但卻具有極大的變異性(例如某周為2ppb，但次周卻為6ppb)，因此，工作交換容量的計算無法單純的以某一數據加以表示。實際的終端精製混床的使用壽命是決定在前端處理單元的良窳，而不是樹脂的交換容量。AMBERJET UP6040所使用的陽陰樹脂，是在所有類似相同用途的樹脂中，已被證實具有最高的交換容量。在采水周期中，終端精製混床樹脂會因吸附入水中所含不同種類，如二氧化矽、硼離子、鈉離子及碳酸氫鹽之類等不易去除的離子，而逐漸飽和。除非入水的不純物瞬間出現非常高的濃度，其終結(指離子的泄漏)是緩慢發生的。也因此，使用單位必須仔細監控終端精製混床的離子泄漏量變化情形，因為這個變化是非常和緩的。在具有良好的設計及操作條件下，經驗顯示此終端精製混床樹脂的使用壽命可以超過一年以上。但如在入水離子濃度較高的條件下，樹脂將因較高的負荷而縮短其使用壽命
混床樹脂型號套用及特性
在半導體廠內的超純水處理系統是一龐大的，複雜的系統，並包含了許多不同的單元，而整個系統的功能及設計主要是為了得到極致的超純水。雖然沒有任何單一的單元可以確保最終的采水水質，但是終端精製混床是超純水在接觸到半導體晶片前的最後一道化學精製的處理程式，其重要性是不可忽視的。不像對化學物質呈現惰性的管路及過濾材料，離子交換樹脂是帶化學性反應的聚合物，所有的待處理水會完全的通過樹脂，因此精製混床樹脂是除去微量化學污染物質的最後一道防線。除此之外，這些樹脂絕不能釋出任何物質，進而污染到不能間斷的超純水供水系統。因為這些嚴格的條件，終端精製混床樹脂必須是最高的品質，且同時必須是正確的被使用的。
流量及壓差
流量是非常重要的設計參數。對終端精製混床樹脂而言，體積流量不應低於30BV/h (3.8gpm/ft3)。在流量高達50BV/h (6.3gpm/ft3)的操作條件下，也是經常所採用的設計，且證明可得到極佳的結果，在某些系統，所設計的流量更是略高過此數據。因此最佳流量的設計是由具經驗的超純水處理系統製造商，依系統的供水純度要求及工程參數之間，折衷權衡後所獲得的選擇。而AMBERJET UP6040可以滿足這些設計中，對終端精製混床樹脂的所有要求。流量同時是決定壓差的主要參數，AMBERJET UP6040在一般建議流量參數間的壓差情形，請參考所附圖表如下。請注意，在此圖表中，流量是以線性流速所表示的，進而決定壓差的大小。建議精製混床樹脂的床深約為1米。
TOC
在AMBERJET UP6040的製造過程中，已嚴格的控制並減少從樹脂內所釋放出的TOC總量。雖然使用了純淨的、預先混合及不易分離的超純水等級的離子交換樹脂，以得到最少的TOC泄漏量，但是由於儲存、運送、樹脂的拿取及載入桶槽等程式，仍會造成采水初期短暫的TOC泄漏釋出。在適切的儲存及正確的樹脂拿取及載入程式下，此TOC的釋放並不會持續太久的時間。大部份的情形下，AMBERJET UP6040可在6個小時的清洗時間內，將TOC的泄漏量減少至1.0ppb以內。
然而終端精製混床的TOC泄漏量基線，並不只是決定於樹脂的純淨程度，且同時受到整個系統的設計及效能所影響。縱使AMBERJET UP6040是無比的純淨，它仍然無法除去非離子性的有機物質。因此，終端精製混床的效果是由樹脂的純淨度及置於精製混床前的有機物氧化單元(如紫外線束UV light等)的效能所綜合得到的。紫外線束必須將水中的有機物質，加以氧化使其成為帶負電價的離子，然後後續單元的混床才能將其吸附去除。為了使精製混床發揮TOC的去除效果，前置的紫外線設備必須是正確的設計、保養並不得過載操作的。
同時必須注意，所有氧化有機物質的設備單元，也會在超純水流程中產生氧化物質。這些如氧(O2)、臭氧(O3)，過氧化氫(H2O2)及如羥基等的自由基，在具極高能量的紫外線設備中，甚至可經由直接的接觸而產生。因此，在整體系統的設計上，必須小心注意並應儘量減少這些氧化物質進入到終端精製混床內。這些氧化物質會氧化混床樹脂，並造成化學特性的變化。遭氧化的樹脂初期會呈現離子交換速率的衰退，並逐漸的釋放少量的TOC。如果氧化情形變的很嚴重時，TOC將會開始大量的泄漏，甚至於樹脂的顆粒碎片都可能被排出於桶槽。雖然AMBERJET UP6040已經選用了具抗氧化性的樹脂，但它們並不是絕對的抗拒氧化，也因此長時間的曝露在氧化物質的環境下，樹脂的有效壽命將會減短。
離子的泄漏
AMBERJET UP6040及其組成樹脂均經過後處理程式，充份的再生，以確保對各種的離子種類而言，均為最少的離子泄漏量。這些氫型及氫氧型樹脂均具最高的再生比率，在經過獨立的實驗室檢測AMBERJET UP6040的采水水質，所有的離子種類濃度之低，已超過該實驗室的檢測能力，因此所有的檢測數據均為空白。該實驗室的檢測基線泄漏量，大部份的離子種類均為個位數的兆分之1(ppt)。而在如此低範圍的離子層析分析(ion chromatography analysis)下，，AMBERJET UP6040的二氧化矽泄漏量通常是低於50ppt。在實際使用上，類似或更低的數據是常見的。然而我們仍然必須強調對超純水的規範而言，樹脂的實際效能仍然是視個別單元的設計、安裝及操作而有所不同。因此雖然在樹脂的產品數據中,樹脂的純淨程度是如何的被強調，想依此系統中的單獨一個樹脂單元，即給予保證整個水處理系統的最終產水純度郄是不可能的。但AMBERJET UP6040已然表現了在超純水處理系統中的最佳效能，也保證此樹脂不會限制了整體系統的功效。
顆粒泄漏
AMBERJET UP6040是用於超純水系統中第一個減少顆粒泄漏量的樹脂，其概念與多年來描述樹脂的顆粒大小及細微粒(fines)的定義是有所不同的，而是與樹脂表面上次微米(sub-micron)的細小顆粒有關。這對樹脂的製造而言，是一個相當新的概念，因為必須讓樹脂表面保持非常的平滑、乾淨，同時防止因樹脂的相互磨擦，所造成的剝落情形。在此概念下，AMBERJET UP6040的組成陽陰樹脂，在顆粒聚合的生產開始階段時，即開始控制減少樹脂表面次微米顆粒的釋放。
雖然AMBERJET UP6040仍然不是完全沒有顆粒的釋放，但相較其它用於類似用途的樹脂，它已經是大幅減少顆粒的排放。雖然系統中的終端過濾器仍然是確保超純水產水中，不含任何顆粒的主要單元。AMBERJET UP6040的使用將大幅減少在新樹脂采水初期，大量顆粒釋放所產成的過濾器瞬間負荷。較少終端精製混床樹脂顆粒的釋放，表示終端過濾器較長的使用壽命及較佳的過濾效果。
以上圖表顯示AMBERJET UP6040與其它的均一樹脂在顆粒泄漏量的比較。
二氧化矽硼離子
在超純水處理系統中，控制二氧化矽及硼的泄漏量是非常的具挑戰性，因為這些物質並無法有效的以膜管過濾器加以濾除。雖然強鹼陰離子交換樹脂可以去除二氧化矽及硼離子，但如果它們是存在水中的話，將會是在超純水系統中，最先由混床精製器中泄漏出來的離子。而AMBERJET UP6040將會讓采水中的二氧化矽及硼離子泄漏量低於所有檢測設備的最低測量值。然而，當此二者離子，穿越了超純水處理系統的前置處理部份，形成終端精製混床的負荷時，樹脂仍然會因離子的吸附而飽和終結。因此，為確保精製混床的效能及最長的使用壽命，在上述的離子抵達終端精製混床前，應儘可能利用前處理單元，將濃度減少到最低的程度。二氧化矽及硼離子可以利用進入終端循環系統前的可再生初級混床加以有效的去除。但如果這個初級混床是經常的過載操作而超過二氧化矽及硼離子的終點泄漏值，終端精製混床樹脂的使用壽命將會大幅的減短。因此，最好的建議是小心的控管初級系統的二氧化矽及硼離子的泄漏量,而非嘗試以終端精製混床樹脂除去這些物質。羅門哈斯樹脂,AMBERJET,離子交換樹脂
操作溫度
溫度是另一個影響終端精製混床樹脂效能的重要參數。對混床而言，較高的操作溫度將會造成二氧化矽及TOC的泄漏量增加，同時亦可能造成較高的硼離子泄漏。由於使用具高能量的氧化TOC 紫外線束設備，進入終端精製循環系統的水溫會因此而提高。為了從終端精製混床得到最佳的采水水質，將水溫維持在低於攝氏25度是非常重要的。終端精製混床是可以工作在較高的水溫，但也會因此而造成較高的離子泄漏量及較短的使用壽命。在已操作一段時間的精製混床中，當入水水溫瞬間上升時，常會造成明顯，可監測的TOC或二氧化矽泄漏量提升。這現象類似樹脂的終結，但實際上郄是肇因於較高入水水溫所造成的平衡轉移現象。
Table 1: Suggestd Operating Conditions for Best Results
入水溫度15-25oC (60-77 oF)
最小床深900mm (8 feet)
采水流速30到50BV*/小時
建議入水水質
入水水質>17MW-cm
入水二氧化矽濃度<2ppb
入水總有機碳濃度(TOC) <15ppb
1.此樹脂可用於此建議之外的操作條件，但結果可能不是最佳的。
2. 1BV(床容積)=每1m3樹脂為1m3溶液
樹脂特性
在不再生的終端精製套用上，超純水的質量是遠較樹脂的基特性來的重要，但暸解所使用的樹脂特性以
得到最佳的效能及最長使用壽命仍然是不可忽視的。AMBERJET UP6040的主要樹脂特性如下表所示 ，這些
數據顯示了組成AMBERJET UP6040的陽陰樹脂特性，而這些特性賦予AMBERJET UP6040高交換容量、均一
顆粒大小等的嚴格樹脂標準。
Table 2: Typical Properties of Amberjet UP6040 Component Resins
陽樹脂H+ 陰樹脂OH-
含濕量，% 44.0-51.0 54.0-60.0
總交換容量，eq/L ³2.00 ³1.10
均一係數£1.20 £1.20
H型，%含量³99 -
OH型，%含量- ³95.0
Cl型，%含量- £0.5
CO3型，%含量- £5.0
SO4型，%含量- £0.1
質量保證：羅門哈斯樹脂,AMBERJET,離子交換樹脂
羅門哈斯公司針對AMBERJET UP6040測試了電阻值、總有機碳值及離子交換速率的特性，保證每批次的AMBERJET UP6040均能符合生產超純水所需要非常嚴苛的特性參數，並可滿足使用單位的需求。上圖為羅門哈斯公司針對AMBERJET UP6040的質量管理程式測試程式，所得到典型的TOC及電阻值曲線。
