Оскільки вимоги до чистоти продовжують зростати в таких галузях, як виробництво напівпровідників, медичних приладів і прецизійної оптики, традиційні технології очищення-як-от вологе прибирання та ультразвукове очищення-все частіше стикаються з обмеженнями. Надкритична технологія очищення двоокисом вуглецю (sCO₂) з її унікальними фізичними та хімічними властивостями стала передовим рішенням для точного очищення поверхонь. У цій статті подано систематичний огляд принципів, поточних застосувань і майбутніх викликів технології очищення sCO₂.
Властивості надкритичного вуглекислого газу
Надкритичний вуглекислий газ утворюється, коли CO₂ піддається впливу температур і тиску вище його критичної точки (31,1 градус і 7,38 МПа). У цьому стані він демонструє подвійні характеристики як газів, так і рідин:
1. Нульовий поверхневий натяг: забезпечує проникнення в нанорозмірні пори (зі співвідношенням сторін понад 100:1) без опору.
2. Високий коефіцієнт дифузії: має коефіцієнт дифузії 10⁻⁴ см²/с, що в десять разів більше, ніж у рідких розчинників.
3.Рідина-розчинність: ефективно розчиняє органічні забруднення, такі як олії та смоли.
4. Настроювані властивості розчинника: здатність розчинення можна регулювати зміною температури та тиску.
5. Переваги щодо навколишнього середовища та безпеки: не-токсичний, не-займистий і підлягає переробці.
Система очищення та технологічний процес
Типова система очищення sCO₂ має модульну конструкцію та складається з таких ключових компонентів:
1. Блок подачі рідини: резервуар для зберігання рідкого CO₂ і кріогенний насос
2. Надкритична реакційна камера: призначена для витримування високого тиску (як правило, більше або дорівнює 20 МПа)
3. Блок фільтрації та розділення: оснащений мембранним фільтром з PTFE 0,1 мкм
4.Recycling system: Achieves a CO₂ recovery rate of >95%
Процес очищення:
1. Завантажте частини, які потрібно очистити, у камеру.
2. Закачайте рідкий CO₂ у камеру та створіть у ній надкритичний тиск.
3. Проведіть очищення при заданій температурі та тиску (зазвичай 10–30 хвилин).
4. Відокремте забруднюючі речовини шляхом зниження тиску.
5. Переробте CO₂ для повторного використання.
Технічні проблеми та рішення
1. Обмеження у видаленні забруднень
Проблема: обмежена ефективність у видаленні неорганічних і твердих забруднень.
рішення:
Розробка спеціальних поверхнево-активних речовин і спів{0}}розчинників (наприклад, етанол, етилацетат).
Інтегруйте ультразвукове або{0}}мегазвукове очищення.
2. Безпека-системи високого тиску
Виклик: Експлуатаційні ризики при високих тисках (20–30 МПа).
рішення:
Використовуйте камери з нержавіючої сталі 316L або сплавів на основі-нікелю.
Впровадити кілька механізмів безпеки (наприклад, подвійні датчики, розривні диски).
Застосовуйте конструкції прогресивного зниження тиску.
3. Оптимізація процесу
Проблема: ефективність очищення дуже чутлива до температури та тиску.
рішення:
⑴Використовуйте високо{0}}точні системи ПІД-регулювання (температура ±0,5 градуса,<0.05 MPa pressure).
⑵Використовуйте обчислювальну гідродинаміку (CFD) для оптимізації поля потоку.
⑶Застосуйте налаштування параметрів-на основі штучного інтелекту.
Переваги
1. Зменшує утворення хімічних стічних вод на 95%
2.Нульові викиди ЛОС
3. CO₂ підлягає переробці