เทคโนโลยีทำความสะอาดพื้นผิวด้วยคาร์บอนไดออกไซด์วิกฤตยิ่งยวด

เนื่องจากข้อกำหนดด้านความสะอาดยังคงเพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เซมิคอนดักเตอร์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และเลนส์ที่มีความแม่นยำ เทคโนโลยีการทำความสะอาดแบบดั้งเดิม-เช่น การทำความสะอาดแบบเปียกและการทำความสะอาดอัลตราโซนิก- จึงกำลังเผชิญกับข้อจำกัดมากขึ้นเรื่อยๆ เทคโนโลยีการทำความสะอาดคาร์บอนไดออกไซด์ที่วิกฤตยิ่งยวด (sCO₂) พร้อมคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ ได้กลายเป็นโซลูชันขั้นสูงสำหรับการทำความสะอาดพื้นผิวที่มีความแม่นยำ บทความนี้จะให้ภาพรวมอย่างเป็นระบบของหลักการ การใช้งานในปัจจุบัน และความท้าทายในอนาคตของเทคโนโลยีการทำความสะอาด sCO₂

คาร์บอนไดออกไซด์ที่วิกฤตยิ่งยวดเกิดขึ้นเมื่อCO₂อยู่ภายใต้อุณหภูมิและความดันที่สูงกว่าจุดวิกฤติ (31.1 องศาและ 7.38 MPa) ในสถานะนี้จะแสดงคุณลักษณะสองประการของทั้งก๊าซและของเหลว:

1.แรงตึงผิวเป็นศูนย์: ช่วยให้สามารถเจาะเข้าไปในรูขุมขนระดับนาโน (ที่มีอัตราส่วนภาพเกิน 100:1) โดยไม่มีความต้านทาน

2.การแพร่กระจายสูง: แสดงค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายที่ 10⁻⁴ cm²/s ซึ่งมากกว่าตัวทำละลายของเหลวถึงสิบเท่า

3.ของเหลว-เหมือนกับความสามารถในการละลาย: ละลายสารปนเปื้อนอินทรีย์ เช่น น้ำมันและเรซินได้อย่างมีประสิทธิภาพ

4.คุณสมบัติของตัวทำละลายที่ปรับได้: กำลังการละลายสามารถปรับได้ตามอุณหภูมิและความดันที่แตกต่างกัน

5.ประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัย: ไม่-เป็นพิษ ไม่-ไวไฟ และรีไซเคิลได้

ระบบทำความสะอาด sCO₂ ทั่วไปใช้การออกแบบแบบแยกส่วนและประกอบด้วยส่วนประกอบหลักต่อไปนี้:

1.หน่วยจ่ายของเหลว: ถังเก็บCO₂ของเหลวและปั๊มไครโอเจนิก

2. ห้องปฏิกิริยาวิกฤตยิ่งยวด: ออกแบบมาเพื่อทนต่อแรงกดดันสูง (โดยทั่วไปมากกว่าหรือเท่ากับ 20 MPa)

3.หน่วยกรองและแยก: ติดตั้งตัวกรองเมมเบรน PTFE 0.1 μm

4.Recycling system: Achieves a CO₂ recovery rate of >95%

กระบวนการทำความสะอาด:

1.นำชิ้นส่วนที่จะทำความสะอาดเข้าห้อง

2.ปั๊ม CO₂ ของเหลวเข้าไปในห้องเพาะเลี้ยงและเพิ่มแรงดันให้อยู่ในสภาวะวิกฤตยิ่งยวด

3.ดำเนินการทำความสะอาดภายใต้อุณหภูมิและความดันที่ตั้งไว้ (โดยทั่วไปคือ 10–30 นาที)

4.แยกสารปนเปื้อนผ่านการลดแรงดัน

5.รีไซเคิลCO₂เพื่อนำมาใช้ใหม่

1.ข้อจำกัดในการกำจัดสิ่งปนเปื้อน
ความท้าทาย: ประสิทธิภาพจำกัดในการกำจัดสารปนเปื้อนอนินทรีย์และอนุภาค
โซลูชั่น:

พัฒนาสารลดแรงตึงผิวและตัวทำละลายร่วม-โดยเฉพาะ (เช่น เอธานอล เอทิลอะซิเตต)

ผสานรวมการทำความสะอาดแบบใช้อัลตราโซนิกหรือเมกะโซนิก-

2.ความปลอดภัยของระบบแรงดันสูง-
ความท้าทาย: ความเสี่ยงในการปฏิบัติงานที่แรงกดดันสูง (20–30 MPa)
โซลูชั่น:

ใช้ห้องที่ทำจากสแตนเลส 316L หรือโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก-

ใช้กลไกความปลอดภัยหลายอย่าง (เช่น เซ็นเซอร์คู่ แผ่นดิสก์กันระเบิด)

ใช้การออกแบบลดแรงกดแบบก้าวหน้า

3. การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ
ความท้าทาย: ประสิทธิภาพการทำความสะอาดมีความไวต่ออุณหภูมิและความดันสูง
โซลูชั่น:

⑴ใช้ระบบควบคุม PID ที่มีความแม่นยำสูง- (อุณหภูมิ ±0.5 องศา<0.05 MPa pressure).

⑵ใช้พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพฟิลด์การไหล

⑶ใช้การปรับพารามิเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วย AI-

1.ลดการเกิดน้ำเสียจากสารเคมีได้ถึง 95%

2. การปล่อยสารอินทรีย์ระเหยง่ายเป็นศูนย์

3.CO₂ สามารถรีไซเคิลได้