CC BY
23
УДК 537.52:621.3.049.75
Якушин Р.В., Колесников В.А., Бродский В.А., Чистолинов А.В., Перфильева А.В., Соловьева И.Н.
ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ДЕСТРУКЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В БАРЬЕРНОМ РАЗРЯДЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА ПРИ ОЧИСТКЕ СТОКОВ ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Якушин Роман Владимирович*, к.т.н., доцент кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия;
Колесников Владимир Александрович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологии неорганических веществ и электрохимических процессов, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия;
Бродский Владимир Александрович, к.х.н., старший научный сотрудник кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия;
Чистолинов Андрей Владимирович, ведущий инженер отдела экспериментальной магнитоплазменной аэродинамики и плазмохимии гетерогенных смесей, Объединенный институт высоких температур РАН, Москва, Россия;
Перфильева Анна Владимировна, к.т.н., ведущий инженер кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия;
Соловьева Инна Николаевна, доцент кафедры химии и технологии органического синтеза, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия; *e-mail: [email protected]
Загрязнение вод высокотоксичными устойчивыми органическими веществами ведет к необратимым экологическим изменениям. В целях предотвращения загрязнения такого рода исследован метод обработки жидкости барьерным разрядом. Проведена оценка эффективности окислительной деструкции органических веществ из обрабатываемых растворов, а также перспективы внедрения данного метода при производстве печатных плат электронной техники.
Ключевые слова: водоочистка, низкотемпературная плазма, барьерный разряд, окисление, деструкция, печатные платы.
OXIDATIVE DEGRADATION OF ORGANIC SUBSTANCES UNDER THE ACTION OF BARRIER'S DISCHARGE TREATMENT AND THE PROSPECTS FOR THE USE OF THE METHOD FOR WASTEWATER TREATMENT AT THE PRODUCTION OF PRINTED CIRCUIT BOARDS
Yakushin R.V., Kolesnikov V.A., Brodskiy V.A., Chistolinov A.V.*, Perfil'eva A.V., Solov'eva I.N. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia * Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Water pollution with highly toxic durable organic substances leads to irreversible environmental changes. The method of barrier discharge treatment of solutions has been investigated to prevent contamination of this kind. The efficiency of oxidative destruction of organic substances from the treated solutions, as well as the prospects of introducing this method in the production ofprinted circuit boards of electronic equipment were estimated.
Keywords: Water treatment, low-temperature plasma, barrier discharge, oxidation, destruction, printed circuit boards.
Изготовление печатных плат относится к наукоемким, высокотехнологичным производствам, где используются уникальные технологии и дорогостоящая техника. На сегодняшний день, потребность в изготовлении высококачественных сложноконструкционных печатных плат
оправдывает использование технологий, в результате применения которых образуется большого количества трудноперерабатываемых отходов. Зачастую такие отходы сбрасываются в
окружающую среду без обработки и выделения из них ценных компонентов или консервируются на производствах, что приводит к аккумулированию большого количества техногенных накоплений [1].
К подобным отходам следует отнести и медно-аммиачные растворы травления, а также промывочные растворы. Без операции травления изготовление печатных плат невозможно, поэтому эти растворы образуются на всех производствах, особенно там, где изготавливаются платы
прецизионного качества. Поэтому количество техногенных растворов возрастает, что вызывает необходимость разработки путей их переработки. Одним из них является создание регенерационных схем, когда раствор травления используется многократно.
В этой связи, разработка комплекса научно-технологических и технических решений для создания технологий и опытно-промышленных образцов установок обеспечения химической безопасности производств электронной техники, снижения экологической нагрузки является актуальной задачей.
Одними из перспективных и экологически безопасных технологий являются плазменные процессы, широко применяемые в производстве печатных плат, среди которых необходимо выделить плазмохимическое осаждение, ионно-плазменное травление, очистку и активацию поверхностей, удаление остатков фоторезиста [2, 3].
Кроме того, плазменные процессы могут быть использованы и в системах обезвреживания стоков и побочных продуктов при производстве печатных плат.
В данной работе использован метод и разработанное авторами устройство обработки жидкости барьерным разрядом с целью проведения окислительной деструкции органических компонентов растворов.
Исследуемый метод заключается в возбуждении электрического разряда с заданными параметрами непосредственно на границе газовой фазы вблизи поверхности обрабатываемой жидкости.
Подобное техническое решение позволяет совместить производство активных частиц (пероксида водорода (Н202), атомарного кислорода (О-), гидроксил-радикала (НО-), гидропероксид-радикала (НО2-), озона (О3), а также О2- и О-), и введение их непосредственно в обрабатываемый раствор без необходимости применения химически опасных окислителей. В результате последующих превращений происходит деструкция органических веществ вплоть до их полной минерализации или до форм, подверженных биодеградации [4, 5].
Эффективность окисления органических веществ в модельных растворах оценивали по изменению показателя химического потребления кислорода (ХПК) с использованием анализатора жидкости "Эксперт-001".
Эксперимент проводился на лабораторной установке электроразрядной обработки воды производительностью 0,6 м3/ч с использованием реактора обработки жидкости барьерным разрядом и источником тока (6 кВ, 0,1 А, 45 кГц) (рис. 1) [6]. Модельные растворы содержали устойчивые органические соединения (фенол, гидрохинон, бензофенон).
Рис. 1. Реактор обработки жидкости барьерным разрядом: а - схема устройства; б - фотография.
В результате проведения обработки барьерным разрядом модельных растворов показано, что каждый последующий цикл обработки влечет за собой снижение значения показателя ХПК растворов.
На рисунке 2 приведены значения показателя ХПК модельных растворов, содержащих органические соединения, после 10 циклов обработки барьерным разрядом. Так, для раствора фенола значение показателя ХПК снизилось с исходного 1200 мг О/л до 650мг О/л. Степень устойчивости к окислению в барьерном разряде исследуемых ароматических соединений снижается в ряду: фенол - бензофенон - гидрохинон. Кроме того, зарегистрировано снижение водородного показателя обрабатываемых растворов, что свидетельствует об образовании промежуточных продуктов неполного окисления, в том числе карбоновых кислот.
а
б
Рис. 2. Показатель ХПК растворов фенола, гидрохинона и бензофенона за 10 циклов обработки: 1 - без разряда (контроль); 2 - барьерным разрядом.
По результатам исследования можно заключить, что воздействие барьерного разряда на водные растворы органических веществ способствует интенсификации окислительно-восстановительных и массообменных процессов, приводящих к окислительной деструкции органических компонентов. Развитие данного направления в гальванотехнике и водоочистке не лишено перспектив, однако требует проведения тщательной оптимизации конструкции реактора и параметров энергопотребления.
Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014 - 2020 годы» в рамках Соглашения о предоставлении субсидии от 27.10.2015 № 14.577.21.0174,
уникальный идентификатор соглашения
RFMEFI57715X0174.
Список литературы
1. Gaydukova, A.M. Purification of aqueous solutions to remove variable-valence metals with the use of ruthenium-titanium oxide electrodes / A.M. Gaydukova, V.A. Brodskiy, V.A. Kolesnikov // Russian Journal of Applied Chemistry. -2015. V.49. I.2. -P. 138-144.
2. Симонов, О. Технология плазменной очистки при микросборке // Электроника: наука, технология, бизнес. -2016. №3. -С. 148-152.
3. Терешкин В., Григорьева Подготовка поверхности и производстве печатных плат
промышленности.
Л., Фантгоф Ж.
отверстий при // Технологии в -2006. №1. -С.
электронной 40-43.
4. Kolesnikov, V.A., Yakushin, R.V., Babusenko, E.S., Brodsky, V.A., Chistolinov, A.V. Investigation of the inactivation of pathogenic microorganisms in water by the action of low-temperature plasma / V.A. Kolesnikov, R.V. Yakushin, E.S. Babusenko, V.A. Brodsky, A.V. Chistolinov // Hygiene and Sanitation. -2016. №95. I.6. -P. 588-592.
5. Yakushin, R.V. Degradation of organic substances in aqueous solutions under the action of pulsed highvoltage discharges / R.V. Yakushin, V.A. Kolesnikov, V.A. Brodskiy, E.N. Ofitserov, A.V. Chistolinov // Russian Journal of Applied Chemistry. -2015. V.88. N.8. -P. 1338-1342.
6. Якушин Р.В., Колесников В.А., Бродский В.А., Чистолинов А.В. Устройство обработки жидкостей барьерным разрядом // Патент Российской Федерации № 161968. 2016. Бюл. № 14.
