מאמר מאת ד”ר גבריאל (גבי) לוין, ראש מחלקת תהליך ואנליזה בברלין טכנולוגיות

מהן ממברנות ? מהו ייעודן, למה הן משמשות בתעשיית המיקרו אלקטרוניקה ומהו הפתרון אותו ממברנות מנפקות בתעשיות שונות?

כאשר גזים באים במגע עם נוזל כלשהו מתרחש תהליך שבו הגזים מתמוססים בנוזל במידה מסוימת. ללא תופעה זו לא היה אפשר לקיים חיים כלשהם בימים ובאגמים. היצורים הימיים למיניהם ברובם מקבלים אספקת חמצן מהחמצן שמומס במים. כולנו מכירים את האקווריום הביתי ואת המתקן המבעבע אוויר לתוכו על מנת להבטיח אספקה טובה של חמצן לדגים.

בעוד שבמקרים רבים ההתמוססות הזו חיונית ורצויה, ישנם מקרים רבים בתעשייה שנוכחות גזים במים או בנוזלים אחרים מפריעה, ואף יכולה לגרום לתקלות רבות בתהליכים ובמתקנים תעשייתיים.

אחד מגורמי הבלייה העיקריים של דוודי קיטור היא קורוזיה של הפלדה כתוצאה מנוכחות חמצן במים. במידה דומה, נוכחות חמצן מעל 10 PPB  במי קירור בסלילי הגנרטורים בתחנות כח, כמו בחברת החשמל לדוגמא, גורמת לקורוזיה מואצת של הנחושת, לסתימות במסננים וכמובן לבלאי מואץ של הגנרטור.

בתעשיית המיקרו-אלקטרוניקה יש צורך להבטיח שהמים המשמשים בתהליכים שונים יהיו נטולי גז דו-תחמוצת פחמן עקב ההשפעה השלילית שלו ונטייתו ליצור יוני ^2-CO₂ שעשויים ליצור משקעים עם יוני מתכות שונות המשמשות בתהליכים. משקעים כאלו כמובן גורמים לפגמים חמורים בתהליכי הייצור.

לעומת זאת, ניתן לנצל את התנהגות הממברנות להעשרת נוזלים בגזים מסוימים במקרים בהם יש צורך בכך. למשל, בתעשיית המיקרו אלקטרוניקה יש מצבים שרצוי להעשיר מי תהליכים מסומים בגז חנקן. גז זה אינו פעיל כימית והעשרה בו מבטיחה שגזים אחרים יתמוססו פחות במי התהליך ובכך ימנעו נזקים אחרים.

חברת ממברנה – שהיא חטיבה של חברת CEL-GARD  היא היצרנית המובילה בעולם של ממברנות ייחודיות המשמשות לסילוק גזים מנוזלים, אך גם להעשרת נוזלים בגזים במידה ויש דרישה לכך.

ממברנות הקרויות קונטקטורים (CONTACTORS) בנויות ממספר רב של צינוריות מחומר פולימרי בעלות קוטר קטן מאוד, כ- 0.2 מ”מ. הדפנות של הצינוריות הללו נקבוביות באופן מיוחד מה שמאפשר לגזים לעבור דרך הנקבוביות הזו, אך המים עצמם לא יכולים לעבור. הנקבוביות האופיינית היא בגודל של כ- 0.03 מיקרון, כלומר 30 ננומטר (ראה איור להלן).

הצינוריות מאוגדות לצבר ומורכבות בתוך שרוול באופן שמאפשר להעביר גזים או ליצור ואקום בתוך הצינוריות ובו-זמנית להעביר נוזלים במרווחים שבין הצינוריות. ראה איור בהמשך.

הנוזל המגיע מהצינור המרכזי מתפזר מהמרכז החוצה ובדרך עובר בין הצינוריות שבהן הוא זורם.

אופני ההפעלה העיקריים הם שימוש בגז מסלק, (STRIPPING GAS), כמו חנקן במקרה של סילוק חמצן, אוויר במקרה של סילוק דו-תחמוצת פחמן, או שילוב של ואקום וגז מסלק כאשר רוצים לסלק חמצן לרמות נמוכות מאוד של פחות מ- 10 PPB.

להלן דוגמאות לשימושים אופייניים בטכנולוגיה

1. סילוק חמצן מדוודי קיטור למניעת קורוזיה (מבטל את הצורך בכימיקלים יקרים ומקטין את תדירות ה-  BLOW DOWN לחסכון משמעותי במים וצמצום כמויות שפכים) ובעלויות נמוכות מאוד.
2. סילוק חמצן ממי קרור בסלילי קירור מנחושת בגנרטורים גדולים כמו בחברות חשמל.
3. סילוק חמצן ממשקאות רגישים במיוחד כמו בירה.
4. סילוק דו-תחמוצת פחמן וחמצן ממי תהליך בתעשיית החצאי מוליכים על מנת לאפשר שליטה מלאה בחומציות של המים ומניעת בועות גזים בתנאים מסוימים
5. סילוק בועות גזים בתהליכי ציפויים אלקטרוליטיים למניעת פגמי שטח שנוצרים כתוצאה מבועות שנדבקות לשטח המצופה.
6. סילוק גזים מומסים במים במערכות אולטרא סאונד לאנרגיות גבוהות
7. סילוק גזים מסוגי דיו המשמשים למדפסות מהירות מאוד.

במידה ויש לכם שאלות או בקשות למידע נוסף בנושא אשמח לעמוד לרשותכם במייל gabi@berlintech.co.il או בטלפון 083760976

מאת: ד”ר גבריאל (גבי) לוין, ברלין טכנולוגיות.

חברת ברלין טכנולוגיות מייצגת את חברת PreSens מגרמניה, החלוצה בתחום מדידות חמצן בטכנולוגיה אופטית ויחידה.