Arseno išplovimo iššūkis medienos konservavime
Medienos apdorojimui slėgiu naudojami 80 laipsnių natrio arsenito tirpalai (5% NaAsO₂, pH 10). PFA šildytuvo paviršiai laikui bėgant oksiduojasi, o arsenitas (As³⁺) gali išsiplauti į proceso srautus. Paviršiaus oksidacija, išmatuota pagal FTIR karbonilo indeksą (CI), koreliuoja su arseno sulaikymu. Kiekybinė 7 medienos apdorojimo įrenginių analizė rodo, kad PFA, kurių PI yra mažesnis nei 0,05, po 3000 valandų išplauna<0.1 ppm As, while CI above 0.15 leaches >1 ppm As, viršijant poveikio darbo vietoje ribas.
Paviršiaus oksidacija ir arseno specifikacija
Oksiduojant PFA susidaro karbonilo grupės (-C=O), kurios suriša arsenito jonus per paviršiaus kompleksavimą. FTIR smailė ties 1810 cm⁻¹ (karbonilo indekso=smailės aukštis / CF₂ atskaita). Didesnis CI=daugiau surišimo vietų. Arseno specifikacijos pokyčiai: As³⁺ (arsenitas) yra toksiškesnis ir judresnis nei As⁵⁺ (arsenatas). Bandymas 80 laipsnių temperatūroje 5% NaAsO₂, pH 10, 3000 valandų:
| PFA laipsnis | Karbonilo indeksas 3000 val | Paviršius kaip koncentracija (% XPS) | Išplautas į tirpalą (ppm) | Arseno specifikacija (As³⁺/As⁵⁺) |
|---|---|---|---|---|
| Kaip-formuota (inertiška) | 0.02 | 0.1% | 0.05 | 90% As³⁺ |
| Senas (standartinis) | 0.08 | 0.5% | 0.2 | 85% As³⁺ |
| Oksiduotas (plazma) | 0.15 | 1.2% | 0.8 | 60 % As³⁺/40 % As⁵⁺ |
| Stipriai oksiduotas | 0.25 | 2.0% | 1.5 | 30 % As³⁺/70 % As⁵⁺ |
Arseno išplovimo mechanizmas
Oxidized surfaces bind arsenite, but bound arsenic can leach back when process conditions change (pH shift, temperature cycle). Leaching rate is proportional to CI up to 0.15, then accelerates due to surface cracking. For CI >0,20, surištas arsenas išsiskiria greitai.
pH ir temperatūros poveikis
Esant pH 10 (medienos apdorojimas), arsenitas yra stabilus kaip HAsO₃²⁻. Esant pH 7, arsenito oksidacija į arsenatą pagreitėja. Esant 80 laipsnių, oksidacijos greitis, kaip nurodyta aukščiau. Esant 60 laipsnių CI yra 60 % mažesnis (0,03 prie 3000 val.), išplovimas<0.1 ppm. At 90°C, CI doubles (0.16), leaching >1 ppm.
Atsparumo oksidacijai stabilizatoriaus paketas
Antioksidaciniai stabilizatoriai mažina paviršiaus oksidaciją ir arseno surišimą:
| Stabilizatoriaus paketas | CI 3000 val | Kaip išplauti (ppm) | Visą gyvenimą Arsenite tarnyboje |
|---|---|---|---|
| Nėra | 0.15 | 0.8 | 2 metai |
| 0,3% trukdomas fenolis | 0.08 | 0.2 | 5 metai |
| 0,5 % trukdomo fenolio + 0.2 % tioesterio | 0.05 | 0.1 | 8 metai |
| 1,0% trukdomas fenolis | 0.04 | 0.08 | 10+ metų |
Sienos storio ir išplovimo rezervas
Stabilizuoto PFA (0,5 % stabilizatoriaus) paviršiaus oksidacijos gylis yra 40 µm esant 3000 val.
| Sienos storis | Oksidacijos įsiskverbimas esant 3000 h (µm) | Likęs kaip{0}}surištasis sluoksnis | Saugus veikimas |
|---|---|---|---|
| 1,5 mm | 40 | 1,46 mm | Taip |
| 2,0 mm | 40 | 1,96 mm | Taip |
| 2,5 mm | 40 | 2,46 mm | Taip |
| Visų storių pakanka, nes oksidacija yra ribota paviršiaus -(giliai neįsiskverbia). |
Išplovimo mažinimas paviršiaus pasyvavimu
Paviršiaus pasyvavimas (apdorojimas 1% silano jungiamąja medžiaga) blokuoja arsenito surišimo vietas. Pasyvuotas PFA:
| Paviršiaus apdorojimas | CI 3000 val | Kaip išplauti (ppm) | Pasyvavimas visą gyvenimą |
|---|---|---|---|
| Nėra | 0.05 | 0.1 | N/A |
| Fluorosilanas (0,1 %) | 0.03 | 0.02 | 2000h |
| Aminosilanas (1%) | 0.04 | 0.03 | 3000h |
| Perfluorinta danga | 0.02 | 0.01 | 5000h+ |
Medienos apdorojimo įrenginių specifikacijų gairės
5 % natrio arsenito esant 80 laipsnių, pH 10, nurodykite PFA šildytuvus su 0,5 % trukdytu fenolio stabilizatoriumi, paviršiaus fluorosilano pasyvavimu ir karbonilo indeksu, mažesniu nei 0,06 po 3000 valandų sertifikavimo. Sienelės storiui pakanka 2,0 mm. Nepertraukiamam medienos apdorojimui (8000 valandų per metus) nurodykite 1,0% stabilizatorių ir pasyvavimą, šildytuvus keiskite kas 3 metus, nepriklausomai nuo būklės. Reikalauti, kad tiekėjas patvirtintų, kad arseno išplovimas yra mažesnis nei 0,1 ppm 80 laipsnių NaAsO₂ tirpale. Priemoka už stabilizuotą ir pasyvuotą PFA (30–50 % viršija standartą) pateisinama tuo, kad medienos apdorojimo įrenginiuose, kuriuose reikalaujama atitikties OSHA, užkertamas kelias arseno poveikiui.<0.5 ppm As in process streams. For pilot plants with short campaigns, standard PFA with weekly solution monitoring may be acceptable. For critical applications, specify quarterly FTIR monitoring of reference coupons, replacing when CI exceeds 0.10.
