ITMI981138A1 - Processo per la rimozione di acqua da camere evacuate o da gas - Google Patents
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Description
"PROCESSO PER LA RIMOZIONE DI ACQUA DA CAMERE EVACUATE 0 DA GAS"
La presente invenzione si riferisce ad un processo per la rimozione di acqua da camere evacuate o da gas con ossido di boro ottenuto per decomposizione di acido borico sotto vuoto o in flusso di gas secco.
Anche se il processo dell'invenzione potrebbe essere impiegato per l'assorbimento di acqua liquida, le applicazioni industriali importanti riguardano l'assorbimento del vapor d'acqua; nel resto del testo con il termine acqua si intendono sia l'acqua allo stato liquido che il suo vapore, con particolare riferimento a quest'ultimo.
Come noto, l'acqua è uno dei principali inquinanti nei sistemi in cui viene praticato il vuoto o nei gas puri, questi ultimi usati particolarmente nell'industria microelettronica.
Le applicazioni industriali in cui è richiesta la rimozione di acqua sono le più varie. L'acqua è uno dei gas che devono essere rimossi da sistemi evacuati impiegati per isolamento termico, come per esempio le intercapedini in vetro o metallo dei "thermos" o i pannelli evacuati riempiti con materiali polimerici per frigoriferi; l'uso di materiali assorbitori di gas all'interno di simili pannelli è descritto per esempio nel brevetto US 5.544.490. Altre applicazioni sono nell'assorbimento di acqua nei microdispositivi meccanici, noti con il nome inglese di "micromachines" , e nei circuiti integrati incapsulati in polimeri; un esempio dell'uso di assorbitori di gas, tra cui acqua, in questi ultimi dispositivi è dato nel brevetto US 4.768.081. Una importante applicazione si ha nei dispositivi laser, come per esempio laser di potenza usati negli amplificatori per comunicazioni su fibra ottica (nel seguito indicati semplicemente come amplificatori ottici); questi dispositivi sono costituiti da una camera sigillata, in cui é contenuta la sorgente laser; nella camera deve essere mantenuta una atmosfera statica controllata di un gas inerte, generalmente azoto. Subito dopo la fabbricazione, la camera di un amplificatore ottico contiene, come residuo del processo di produzione, impurezze di idrocarburi che interferiscono con il corretto funzionamento del dispositivo. Per eliminare queste impurezze, all'azoto vengono aggiunte piccole percentuali di ossigeno, che reagendo con gli idrocarburi genera acqua e C02; quest'ultima non interferisce con il funzionamento dell'amplificatore ottico, e l'acqua risulta così l'unico gas che é necessario rimuovere dall'atmosfera di azoto. Questa applicazione é descritta nella domanda di brevetto EP-A-707.360. In tutti i dispositivi sopra citati, l'acqua può essere presente come residuo del processo di produzione, oppure si può formare in-si tu, come per esempio nel caso degli amplificatori ottici.
La rimozione di acqua è poi di estrema importanza nel caso dei gas puri, che vengono impiegati principalmente nell'industria microelettronica, sia come reagenti per la costruzione di strati con funzionalità elettrica (per esempio, strati isolanti di Si02 ottenuti per ossidazione di SiCl4) , sia per la rimozione selettiva di parte di questi strati per l'ottenimento delle microstrutture dei dispositivi elettronici integrati. I livelli di purezza richiesti per questi gas di processo sono sempre più elevati, poiché molecole di gas diversi da quelli di processo rimangono all'interno dei materiali che formano i dispositivi, costituendo difetti che alterano localmente le proprietà elettriche del dispositivo e causando scarti di produzione. Per esempio, per i gas nobili (soprattutto elio e argon) vengono oggi richiesti contenuti di impurezze inferiore a circa 5 parti per miliardo (ppb). Particolarmente grave è poi il caso della presenza di tracce di acqua quando il gas è un alogeno o un gas che contiene alogeni, come per esempio cloro, acido fluoridrico, acido cloridrico, acido bromidrico, tetracloruro di silicio, triclorosilano e diclorosilano,· questi gas, ampiamente usati nell'industria microelettronica, in presenza di acqua danno infatti luogo a fenomeni di corrosione delle linee di trasporto e delle camere di reazione.
La rimozione di acqua da camere evacuate o da gas può essere effettuata per mezzo di assorbitori di tipo fisico o di tipo chimico.
Assorbitori di tipo fisico sono per esempio le zeoliti, l'allumina porosa o il gel di silice. Questi assorbitori non sono adatti in molte applicazioni di alta tecnologia, poiché presentano assorbimento reversibile di acqua (così come degli altri gas), ed i gas assorbiti possono essere rilasciati in presenza di alti vuoti o in conseguenza di riscaldamento; inoltre, nel caso per esempio della purificazione di HC1, questo gas è a sua volta assorbito dalle zeoliti, competendo con l'acqua che non viene così rimossa efficacemente.
Gli assorbitori chimici di umidità sono noti da lungo tempo,· i più efficaci sono gli ossidi dei metalli alcalino-terrosi, in particolare gli ossidi di bario e calcio; il perclorato di magnesio ed il perclorato di bario; il solfato di rame; i cloruri di calcio e di zinco; e il pentossido di fosforo. Non tutti questi materiali sono adatti in tutte le applicazioni prima viste; per esempio, gli ossidi dei metalli alcalino- terrosi sono basici, e non possono essere impiegati per la rimozione di acqua da alogeni o gas alogenati in quanto reagiscono con questi gas.
Altri materiali utili per l'assorbimento chimico di umidità sono le leghe a base di zirconio o titanio, note generalmente come leghe getter nonevaporabili; queste leghe assorbono un'ampia gamma di gas, come per esempio 02, CO, C02, e acqua. La capacità di assorbimento è però molto limitata a temperatura ambiente; inoltre questi materiali non possono essere impiegati per la purificazione di gas reattivi, come gli alogeni e i gas alogenati prima indicati, per la loro reattività nei confronti di questi gas, e per il fatto che, a contatto con questi gas, formano alogenuri metallici che si ritrovano poi nel flusso a valle del purificatore.
Il problema, particolarmente sentito, della rimozione di acqua dagli alogeni o dai gas alogenati ha portato alla ricerca e allo sviluppo di materiali nuovi. I brevetti US 4.853.148 e US 4.925.646 descrivono la rimozione di acqua da HF, H.C1, HBr e HI tramite l'impiego di alogenuri metallici supportati di formula generale MXy, dove X è un alogeno e y corrisponde alla valenza del metallo M, che può essere mono-, bi- o trivalente. Gli alogenuri metallici possono anche essere legati covalentemente al supporto, in forma di radicali -Mxy-1 . Il brevetto US 4.867.960 descrive la rimozione di acqua da HC1 mediante l'impiego di SiCl4 o un cloruro di un metallo almeno tetravalente, eventualmente supportati. Infine, il brevetto US 5.057.242 descrive la rimozione di acqua e clorosilossani complessi da clorosilani tramite l'impiego di materiali di formula generale Ra-XMC1X, dove R è un alchile, x può variare tra 0 e a, ed M è un metallo scelto tra i metalli alcalini, i metalli alcalino-terrosi e alluminio.
Scopo della presente invenzione è quello di fornire un processo per la rimozione di acqua da camere evacuate o da gas.
Questo scopo viene ottenuto secondo la presente invenzione tramite un processo comprendente le seguenti operazioni:
- produrre ossido di boro per decomposizione di acido borico a temperatura compresa tra 70 e 200 °C, operando in una camera di reazione in flusso di un gas secco o a pressione inferiore a 500 mbar; e mettere in contatto l'ossido di boro così prodotto con la camera evacuata o con il gas da cui deve essere rimossa l'acqua.
L'invenzione verrà descritta nel seguito con riferimento alle Figure in cui:
la Fig. 1 mostra un grafico in cui vengono riportate due curve di aumento di peso conseguenti ad assorbimento di acqua sotto vuoto, di cui una relativa al processo dell'invenzione ed una<1 >di confronto;
- la Fig. 2 mostra uno spettro FT-IR di HC1 da cui è stata rimossa acqua secondo il processo dell'invenzione ;
- la Fig. 3 mostra uno spettro FT-IR di HC1 umido;
la Fig. 4 mostra un grafico in cui viene riportata una curva di aumento di peso in seguito ad assorbimento di acqua relativa ad una possibilità alternativa di realizzazione del processo dell 'invenzione.
L'ossido di boro è un prodotto comunemente disponibile in commercio ed impiegato soprattutto come vetrificante nella produzione di vetri a composizione mista, ma non era mai stato impiegato industrialmente per l'assorbimento di acqua.
La produzione di ossido di boro per decomposizione dell'acido borico a pressione inferiore a quella atmosferica, secondo la reazione:
2 H3B03 → B203 3 H20 (I)
era nota precedentemente da manuali di chimica, come per esempio "Inorganic Syntheses", curato da W. Conard Fernelius, voi. II, McGraw-Hill, 1946, pagine 22-23/ questo testo indica 200°C come temperatura di decomposizione dell'acido borico. Anche se nella reazione sopra riportata il reagente di partenza è l'acido ortoborico, H3B03, il processo dell'invenzione può impiegare anche l'acido metaborico, HB02, che d'altra parte è intermedio nella reazione complessiva (I); con la definizione generale acido borico nel testo e nelle rivendicazioni si intende una qualunque delle due forme di acido borico sopra ricordata.
La prima operazione del processo dell'invenzione consiste nella decomposizione dell'acido borico, secondo la reazione (I).
La temperatura durante la reazione (I) può variare tra circa 70 e 200 °C; a temperature inferiori la velocità di reazione è trascurabile, mentre a temperature superiori a quelle indicate l'ossido di boro in formazione presenta una ridotta porosità, con peggioramento delle caratteristiche di assorbimento di acqua.
Nel caso della decomposizione in flusso di gas secco, il flusso di gas è preferibilmente superiore a 5xC cm<3>/min, dove C è il volume della camera di reazione misurato in cm<3>. Alti flussi assicurano una efficace rimozione dell'acqua generata dalla decomposizione dell'acido borico, e quindi una bassa pressione parziale di acqua in camera, favorendo così la decomposizione completa. Come gas secchi possono essere usati gas nobili, ma preferibilmente si impiegano azoto o aria, per motivi di costo.
Secondo una modalità di realizzazione preferita del processo dell'invenzione, la reazione (I) viene fatta avvenire a pressione ridotta, in una camera collegata tramite un setto poroso ad una pompa da vuoto. La reazione di decomposizione può essere fatta avvenire a pressioni di 500 mbar o inferiori; pressioni più basse consentono reazioni più veloci. Poiché la reazione rilascia vapore d'acqua, il vuoto deve essere dinamico, cioè la reazione deve essere fatta avvenire sotto pompaggio continuo, per esempio usando una pompa rotativa. L'uso del setto poroso serve ad evitare che la polvere di acido borico, o dell'ossido in formazione, siano aspirate nella linea di pompaggio,· il setto poroso può essere per esempio un disco di polveri metalliche sinterizzate.
L'acido borico viene preferibilmente disposto nella camera di reazione in modo da avere bassi spessori del letto di materiale da trattare; si è infatti trovato che alti spessori del letto di acido borico rallentano la fuoriuscita dell'acqua, e possono portare ad una non completa decomposizione dell'acido posto nella parte inferiore del letto di reazione. Preferibilmente, l'altezza del letto di acido borico è inferiore a l cm. L'aumento della superficie del letto di acido borico favorisce invece la reazione, che viene quindi fatta avvenire preferibilmente formando un letto basso e ampio di acido; è anche possibile disporre nella camera di reazione più letti di acido borico sovrapposti.
In molte delle applicazioni industriali precedentemente ricordate, l'ossido di boro non può essere messo a contatto con lo spazio evacuato o con il gas in forma di polvere sciolta, ma deve essere racchiuso in un contenitore permeabile ai gas ma in grado di trattenere polveri, per evitare che queste vadano ad interferire con il funzionamento di dispositivi. In questo caso, soprattutto quando l'uso previsto dell'ossido di boro richiede piccole quantità del materiale, è possibile preparare l'ossido per decomposizione dell'acido borico direttamente all'interno del contenitore finale permeabile ai gas. Il contenitore può per esempio essere costituito da una parte in acciaio che presenta una concavità, e chiuso da un setto poroso, per esempio del tipo in polvere di acciaio sinterizzata. Un dispositivo di questo tipo è descritto per esempio nella domanda di brevetto WO 97/19894, a nome della Richiedente, a cui si rimanda per maggiori dettagli. Questa procedura è vantaggiosa perché l'acido borico è più facilmente compattabile per compressione dell'ossido di boro, così che risulta agevole la produzione di pastiglie di acido che possono poi essere inserite nel contenitore con parte della superficie facilmente permeabile ai gas; facendo avvenire la decomposizione dell'acido in un simile contenitore si ottiene direttamente un dispositivo assorbitore di acqua in grado di contenere le polveri di ossido di boro. In questo caso è anche possibile eliminare il setto poroso tra la camera di reazione e la linea di pompaggio, poiché il trasporto delle polveri è evitato dalla presenza del setto poroso della parete permeabile del dispositivo.
L'ossido di boro prodotto secondo una delle modalità fin qui descritte viene poi messo in contatto con lo spazio evacuato o con il gas da cui deve essere rimossa l'acqua.
In applicazioni semplici, come per esempio nei pannelli per frigoriferi, l'ossido di boro potrebbe essere usato in forma di polvere sciolta, mentre in tutte le altre applicazioni (come per esempio negli amplificatori ottici) è necessario il confinamento delle polveri tramite un opportuno contenitore permeabile ai gas. Anche nei casi in cui sarebbe possibile l'impiego delle polveri sciolte, l'uso di un contenitore può essere preferito per la praticità di impiego in linee di produzione automatizzate.
La temperatura d'impiego può variare tra circa 0 e 120 °C; operando in vuoto è però preferibile limitare la temperatura superiore a valori massimi di circa 80°C, per evitare il rilascio dell'acqua precedentemente assorbita. A temperature superiori di quelle indicate l'ossido di boro peggiora le sue caratteristiche di assorbimento di acqua. Il limite inferiore di temperatura è invece indipendente dalle proprietà del materiale, ma è essenzialmente dovuto alla condensazione dell'acqua a temperature inferiori a 0 °C, che non permette più il trasporto del vapore d'acqua sull'ossido di boro.
Nel caso della rimozione di acqua da spazio evacuato o gas statico, l'ossido di boro viene preferibilmente impiegato all'interno di un contenitore permeabile ai gas come prima descritto. Nel caso particolare degli amplificatori ottici l'uso dell'ossido di boro secondo l'invenzione offre un particolare vantaggio, rispetto a sistemi noti: durante la sigillatura di questi dispositivi che si effettua a temperature di circa 100°C, è prevista un'operazione di evacuazione tramite pompaggio; di conseguenza, se l'ossido di boro durante le precedenti fasi produttive aveva assorbito acqua per esposizione all'atmosfera, viene rigenerato durante questa operazione, eliminando così la necessità che tutte le fasi di produzione avvengano in camera evacuata.
Nel caso della rimozione di acqua da flussi di gas impiegati nei processi dell'industria microelettronica il contatto tra il gas e l'ossido di boro viene realizzato disponendo l'ossido di boro all'interno di un contenitore aperto a due estremità opposte, e facendo fluire il gas all'interno del contenitore usando le due estremità aperte come ingresso del gas impuro e uscita del gas purificato,· l'insieme formato da contenitore e ossido costituisce un purificatore, che può avere dimensioni variabili da quelle dei piccoli purificatori di pochi centimetri usati generalmente a monte e in prossimità delle camere di processo, a purificatori con volume dell'ordine dei metri cubi. Purificatori utilizzabili nel processo dell'invenzione possono essere costruiti secondo modalità note nel settore, per esempio impiegando acciaio inossidabile per il corpo del purificatore con superiici interne elettropulite. In corrispondenza dell'ingresso e dell'uscita del purificatore sono preferibilmente posti setti porosi, che evitano che la polvere di ossido di boro venga trasportata lungo la linea di gas. Per dettagli sulla costruzione di un purificatore di gas si rimanda, per esempio, al brevetto GB 2.177.079. L'impiego del processo dell'invenzione presenta alcuni vantaggi rispetto alla rimozione di acqua da flussi di gas effettuata con metodi noti. In primo luogo, l'ossido di boro non necessita di un materiale di supporto, minimizzando l'ingombro del purificatore a parità di peso di materiale attivo. Inoltre, l'ossido di boro del processo dell'invenzione presenta una struttura aperta, che determina ridotte perdite di carico a valle del· purificatore. L'ossido di boro è efficace nella rimozione di acqua a temperatura ambiente, semplificando così la costruzione e l'uso dei purificatori che non necessitano di riscaldatori.
Il processo dell'invenzione presenta anche vantaggi specifici, rispetto ai processi già noti, nel caso particolare della rimozione di acqua da gas alogeni o alogenati. Tutti i processi descritti nei brevetti USA citati in precedenza prevedono un'operazione di attivazione o di condizionamento del materiale impiegato per la purificazione, prima dell'uso; simili operazioni non sono richieste dal processo della presente invenzione. Inoltre, i processi noti prevedono spesso l'impiego del materiale attivo in forma supportata: oltre all'inconveniente prima citato dell'aumento di volume dovuto alla presenza di un supporto, spesso il supporto impiegato è allumina, che ad elevate pressioni di gas alogenato può reagire con il gas stesso dando luogo a trialogenuri di alluminio volatili che vengono ritrovati nel flusso di gas in uscita dal purificatore, che risulta così inquinato. Ciò limita l'impiego dei purificatori che usano i processi noti a bassi valori di pressione di gas, limitazione che invece non si ha con il processo della presente invenzione.
L'invenzione verrà ulteriormente illustrata dai seguenti esempi. Questi esempi non limitativi illustrano alcune forme realizzative destinate ad insegnare agli esperti del ramo come mettere in pratica l'invenzione ed a rappresentare il modo migliore considerato per la realizzazione dell 'invenzione.
ESEMPIO 1
Questo esempio si riferisce alla preparazione di ossido di boro per decomposizione di acido borico sotto vuoto.
100 g di H3B03 in polvere di purezza 99,5%, venduto dalla ditta Aldrich di Milano con numero di catalogo 23,646-2, vengono distribuiti, in un contenitore in acciaio, su una superficie di circa 0,3 m<2>; lo spessore del letto di acido borico è circa 3 mm. Il contenitore viene introdotto in un forno da vuoto. Mediante una pompa rotativa la pressione nel forno viene portata a 6,7<‘ >IO<’2 >mbar, e, operando sotto pompaggio continuo, si effettua il seguente trattamento termico:
riscaldamento ad 1 °C/min da temperatura ambiente fino a 120 °C;
- mantenimento a 120 °C per 6 ore,·
- riscaldamento di 2 °C/min fino a 140°C;
- mantenimento a 140 °C per 17 ore.
Durante il trattamento la pressione nel forno raggiunge un valore massimo di circa 2 mbar in seguito al rilascio di acqua. Questa polvere costituisce il campione 1. La prova viene ripetuta in parallelo in una termobilancia CAHN, modello D 200, impiegando 50 mg di acido borico. Alla termobilancia è collegato, in derivazione sulla linea di pompaggio, uno spettrometro di massa, che evidenzia che durante la prova viene emessa solo acqua. La perdita in peso del campione alla fine della prova è circa del 44,1%, contro un teorico del 43,7% per la reazione di decomposizione da acido borico a ossido di boro; la differenza può essere attribuita al fatto che l'acido borico di partenza contiene acqua fisisorbita. I risultati della prova in termobilancia confermano che il campione 1 è costituito da ossido di boro.
ESEMPIO 2
Questo esempio si riferisce alla preparazione di ossido di boro per decomposizione di acido borico sotto vuoto in flusso di gas secco.
Viene ripetuta la procedura descritta nell'esempio 1, con la differenza che invece di operare sotto vuoto si opera in flusso di 1 litro standard al minuto (slpm) di azoto. Per garantire l'assenza di acqua dal flusso di azoto, questo viene fatto passare, a monte del forno di reazione, su un letto polvere di una lega di composizione in peso Zr 76,5% - Fe 23,5% mantenuta a 350°C; questa lega è prodotta e venduta dalla richiedente con il nome St 198, ed è nota nel settore per la capacità di rimuovere, tra gli altri, gas ossigenati. La polvere ottenuta costituisce il campione 2.
ESEMPIO 3
Questo esempio si riferisce all'assorbimento di acqua in vuoto da parte del campione 1.
51 mg di polvere vengono caricati nel portacampioni della termobilancia CAHN D 200.
Durante la prova, la temperatura della camera di misura della termobilancia rimane a 25 °C. Tramite una pompa rotativa, la pressione nella camera di misura viene ridotta a IO<’5 >mbar. La pompa viene poi esclusa, e tramite una valvola a spillo si immette acqua in camera fino ad una pressione di 5 mbar. Si registra l'aumento in peso del campione. Il risultato della prova è riportato in grafico come curva 1 in figura 1, che riporta la variazione percentuale in peso del campione (ΔΡ %) in funzione del tempo (t) in minuti.
ESEMPIO 4 (COMPARATIVO)
Questo esempio si riferisce all'assorbimento di acqua in vuoto da parte di un campione di ossido di boro commerciale.
La prova dell'esempio 3 viene ripetuta impiegando 291 mg di B203 di purezza 99,98%, venduto dalla ditta Aldrich di Milano con numero di catalogo 33,907-5. Il risultato della prova è riportato in grafico come curva 2 in figura 1.
ESEMPIO 5
Questo esempio si riferisce all'assorbimento di acqua in atmosfera di gas inerte da parte del campione 1.
Viene preparato un purificatore di gas, costituito da un contenitore cilindrico in acciaio AISI 304 di volume interno 15 cc, con aperture alle estremità dotate di raccordi per linee di gas e setti porosi in acciaio sinterizzato per il contenimento di polveri; la camera interna del purificatore viene riempita con polvere del campione 1. Il purificatore viene riscaldato lentamente fino a 140°C per 10 ore in flusso di azoto anidro, per permettere il completo degasaggio delle pareti del purificatore. Il purificatore viene quindi lasciato raffreddare fino a temperatura ambiente, e si inizia quindi la prova di assorbimento di acqua. Nel purificatore viene fatto passare azoto contenente 7 ppm di acqua con un flusso di 0,5 slpm. Il gas in uscita dal purificatore viene analizzato con un analizzatore di umidità Microdowser<™ >MD2, prodotto e venduto dalla Richiedente, che ha un limite inferiore di rilevamento di acqua di 5 ppb . All'inizio della prova la quantità di acqua nel flusso di gas in uscita dal purificatore risulta inferiore al limite di lettura dello strumento. La prova viene continuata fino a quando il Microdowser<™ >MD2 rileva acqua in uscita dal purificatore, indicando che il purificatore ha esaurito la sua efficienza; ciò avviene dopo circa 640 ore di funzionamento continuo del purificatore; dalla conoscenza dei parametri della prova si ricava la capacità per acqua del purificatore, che risulta di circa 9 1/1 (litri di acqua assorbita per litro di letto di ossido di boro). La prova è stata ripetuta altre due volte, dando sempre come risultato un valore di capacità per acqua superiore a 91/1.
ESEMPIO 6
Questo esempio si riferisce all'assorbimento di acqua in atmosfera di gas inerte da parte dell'ossido di boro preparato nell'esempio 2.
Viene ripetuta la prova dell'esempio 5, caricando il purificatore con polvere del campione 2. La capacità del purificatore risulta 41/1.
ESEMPIO 7 (COMPARATIVO)
Questo esempio si riferisce all'assorbimento di acqua in atmosfera di gas inerte da parte di un campione di ossido di boro commerciale.
La prova dell'esempio 5 viene ripetuta caricando il purificatore con 15 cc di B203 usato nell'esempio 4. La capacità del purificatore risulta di circa 0,5 1/1. La stessa prova viene ripetuta due volte, dando come risultato capacità rispettivamente di 0,9 e 0,3 1/1.
ESEMPIO 8
Questo esempio si riferisce all'assorbimento di acqua da un flusso di HC1 da parte dell'ossido di boro preparato nell'esempio 1.
Viene preparato un purificatore come descritto nell'esempio 5. Il purificatore è sottoposto a trattamento di degasaggio in flusso di azoto anidro a 140°C per 10 ore, quindi si inizia la prova di assorbimento di acqua. Nel purificatore viene fatto passare un flusso di 0,2 slpm di una miscela 1:1 in volume di HC1 e azoto contenente 15 ppm di acqua. Il gas in uscita viene analizzato con uno spettrofotometro FT-IR modello Protege', della ditta Nicolet, di Madison, WI, USA; la camera di misura è il modello 4Runner della ditta CIC Photonics di Albuquerque, NM, USA. L'uso della miscela HCl/azoto è imposta dallo strumento di analisi impiegato. Lo strumento ha un limite inferiore di rilevazione di acqua di 30 ppb. In parallelo, viene analizzato anche il gas in entrata nel purificatore, derivando dalla linea di gas in ingresso nel purificatore una linea secondaria con cui 1'HC1 contenente acqua viene mandato direttamente all'analizzatore. Gli spettri FT-IR del gas in entrata ed in uscita dal purificatore vengono riportati, rispettivamente, in figura 2 e 3. Gli spettri riportano l'assorbanza del campione in unita' arbitrarie (u.a.) in funzione del numero d'onda della radiazione (cm<_1>); entrambi gli spettri presentano un picco intenso (indicato con A nei grafici) attribuito all'HCl; una coppia di picchi attribuiti a C02 (indicati con B nei grafici) ,- un picco isolato attribuito a C02 (C nei grafici) ; ed una struttura di picchi (D nei grafici) di attribuzione incerta, probabilmente attribuibili a CO. Lo spettro di figura 3, relativo al gas non purificato, mostra inoltre due strutture di picchi (E e F in figura) attribuite all'acqua che non sono presenti nello spettro in figura 2, relativo all'HCl purificato, indicando che il gas in uscita dal purificatore ha un contenuto di acqua inferiore al limite di rilevazione dello strumento. La prova è stata interrotta quando il purificatore aveva assorbito una quantità di 9 1/1 di acqua, senza che lo strumento d'analisi avesse rilevato acqua nel gas in uscita dal purificatore.
ESEMPIO 9
Questo esempio si riferisce alla preparazione di ossido di boro per decomposizione di acido borico all'interno di una capsula.
51 mg di acido borico impiegato nell'esempio 1 vengono caricati in un contenitore cilindrico col fondo chiuso di diametro interno 7,5 mm e altezza 1,5 mm, realizzata acciaio AISI 304; l'apertura superiore del contenitore viene chiusa con un setto poroso in acciaio sinterizzato AISI 316 L, con porosità di 1 pm. La capsula così prodotta viene montata sul portacampioni di una termobilancia CAHN modello D 200. La camera della termobilancia viene evacuata ad una pressione residua di IO<’4 >mbar, e si inizia un trattamento termico di decomposizione dell'acido borico, consistente nel riscaldamento del campione da temperatura ambiente a 105°C ad una velocità. di 2°C/min, e mantenimento della temperatura a 105°C per 23 ore. Si registra una perdita di peso di 20,3 mg, corrispondente a 39,8%, leggermente inferiore al valore teorico di 43,7%; questa differenza può essere attribuita ad una decomposizione dell'acido borico non completa, dovuta alla presenza del setto poroso che ritarda la fuoriuscita dell'acqua. La camera di misura della termobilancia viene lasciata raffreddare (sempre sotto pompaggio) fino a temperatura ambiente, e attraverso una valvola a spillo si immette acqua fino ad una pressione di 5 mbar. Si registra l'aumento in peso del campione a 25 °C. Il risultato della prova è riportato in grafico come in figura 4, come aumento di peso in mg in funzione del tempo in ore,· come si può osservare in figura, dopo 16 ore di prova il peso del campione è aumentato di 10,3 mg, pari a circa la metà del peso di acqua perso durante la decomposizione dell'acido borico.
Dall'analisi dei risultati degli esempi sopra riportati si vede come l'ossido di boro ottenuto per decomposizione termica dell'acido borico a temperature comprese tra 70 e 200 °C, sotto vuoto o in flusso di gas secco, è efficace nella rimozione di acqua, fino a livelli inferiori a poche ppb, in vuoto, in gas inerte e in gas reattivi; inoltre, il confronto degli spettri FT-IR delle figure 2 e 3 mostra che un purificatore di gas per la rimozione di acqua che impiega il processo dell'invenzione non rilascia nel gas in uscita impurezze derivate da reazioni tra il gas in entrata e i materiali del purificatore stesso, come succede invece impiegando alcuni processi dell'arte nota.
Claims (13)
- RIVENDICAZIONI 1. Processo per la rimozione di acqua da camere evacuate o da gas comprendente le seguenti operazioni : - produrre ossido di boro per decomposizione di acido borico a temperatura compresa tra 70 e 200 °C, operando in una camera di reazione in flusso di un gas secco o a pressione inferiore a 500 mbar; e mettere in contatto l'ossido di boro così prodotto con lo spazio evacuato o con il gas da cui deve essere rimossa l'acqua.
- 2 . Processo secondo la rivendicazione 1 in cui la decomposizione dell'acido borico viene effettuata in un flusso di gas secco.
- 3. Processo secondo la rivendicazione 2 in cui il flusso è superiore a 5xC cm<3>/min, dove C è il volume della camera di reazione misurato in cm<3>.
- 4. Processo secondo la rivendicazione 2 in cui il gas è azoto.
- 5. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui la decomposizione dell'acido borico viene realizzata disponendo l'acido borico nella camera di reazione in letti di spessore non superiore a 1 cm.
- 6. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui la decomposizione dell'acido borico viene realizzata disponendo l'acido borico all'interno di un contenitore permeabile ai gas ma in grado di trattenere polveri.
- 7. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui l'ossido di boro viene messo in contatto con il gas da cui deve essere rimossa l'acqua ad una temperatura compresa tra 0 e 120 °C.
- 8. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui l'ossido di boro viene messo in contatto con lo spazio evacuato ad una temperatura compresa tra 0 e 80 °C.
- 9. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui viene rimossa acqua da un flusso di un gas alogeno o un gas alogenato scelto tra cloro, acido fluoridrico, acido cloridrico, acido bromidrico, tetracloruro di silicio, triclorosilano e diclorosilano e loro miscele.
- 10. Processo secondo la rivendicazione l per la rimozione di acqua da una camera sigillata, contenente un'atmosfera controllata di gas inerte, di un amplificatore ottico.
- 11. Processo secondo la rivendicazione 1 per la rimozione . di acqua da un flusso di gas facendo passare detto flusso di gas attraverso un purificatore .
- 12. Amplificatore ottico per la realizzazione del processo secondo la rivendicazione 10, comprendente una camera sigillata in cui é contenuta una sorgente laser e nella quale é mantenuta un'atmosfera controllata di un gas inerte, contenente inoltre ossido di boro disposto in un contenitore avente la superficie permeabile ai gas ma in grado di trattenere polveri.
- 13. Purificatore di gas per la realizzazione del processo secondo la rivendicazione 11, comprendente ossido di boro in un contenitore con aperture a due estremità opposte, dotate di raccordi per linee di gas e setti porosi in corrispondenza di dette aperture
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