如何处理半导体(LED)废水

随着科技不断的创新，我国的电子设备需求也在不断的增加，因此电子半导体行业的污水排放量也在不断的增加，在水资源紧缺的情况下LED半导体行业的污水应该怎么处理呢?

　　半导体污水分为三大类：含氟废水、有机废水和金属离子废水。

为了除去污水中COD、氨氮、总氮等有机污染物，一般会采用好氧法和缺氧厌氧法相结合的方法进行处理。

金属离子污水则是根据不同的金属离子采用不同的方法，常见的方法有活性炭吸附法、化学沉降法、去离子交换法等。

　　对于含氟废水，主要是往污水中加入钙盐，钙盐可以跟水中氟离子形成CaF2，再加上混凝剂辅助就可以去除污水中的氟离子，这就是常说的化学沉降法。

因电子LED半导体行业的用水率高，所以为了降低用水成本、减少对环境的污染，污水回用对于电子半导体行业的经营者是极其重要的。

　LED半导体污水除了除了以上方法以外，还可以对污水进行电渗析、离子交换树脂、吸附、冷冻等，在进行污水处理期间还可以去除一些杂质以及特殊的气味。

主要有5种材料。

（1）丁腈橡胶。

丁腈橡胶是由丁二烯与丙烯腈在悬浮液中聚合所得的共聚物，耐矿物基油、耐碳氢化合物及耐水性随丙烯腈的含量增加而提高。对于要求耐油性好的场合，采用高丙烯腈含量的丁腈—40为宜；低温工况应使用中丙烯腈含量的丁腈—26。丁腈橡胶是不饱合极性橡胶，故不溶于非极性的矿物油或动植物油中，但耐光性差，易受臭氧的侵害。

丁腈橡胶的牌号有： 丁腈—18、丁腈—26、丁腈—40。丁腈橡胶具有优良的耐燃料油及芳香溶剂等性能，主要用于接触动物油脂、汽油、一般油类及其他油类的密封场合。新型丁腈橡胶使用温度为-40～150℃，老型号丁腈橡胶为-20～100℃。

（2）氟橡胶。

氟橡胶牌号有F-23-11、F-26-41、F-246等，氟橡胶有耐高温、耐油、耐化学腐蚀等优点，安全温度-20～180℃，可用于苯类、汽油、热油、浓硫酸、浓硝酸、烧碱等介质。可用于制造气缸套密封圈、胶碗和旋转唇形密封圈，能显著地提高密封使用时间。

（3）硅橡胶。它是由有机硅和碳氢化合物合成的，具有良好的耐温性能，无毒无味，适用于油类、浓磷酸、浓醋酸、氢氧化钠、氨水、乙醇等。使用温度－70～260℃。由于硅橡胶不耐油，机械强度低，价格昂贵，因此不宜制作耐油密封制品。

（4）乙丙橡胶。它是由乙烯与丙烯合成，特别能耐磷酸酯液压油、酮、醇溶液和酸碱，同时又耐高压水蒸气，但在矿物油和二酯系润滑油中膨胀系数大，因此不能在这些介质中使用。它的耐温在40～150℃。

（5）氯醇橡胶。氯醇橡胶是20世纪60年代出现的橡胶，具有优良的耐油性、耐辐射性，主要用于氟里昂和矿物油类，使用温度为－20～130℃。

人们对开发环境稳定、通过可见光吸收并具有极性晶体结构的新型太阳能收集器有相当大的兴趣。车轮矿CuPbSbS3是一种自然形成的硫盐矿物，它在非中心对称的Pmn21空间群中结晶，并且 对于单结太阳能电池具有最佳的带隙。 然而，关于这种四元半导体的合成文献很少，它还没有作为薄膜被沉积和研究。

基于此，来自南加州大学洛杉矶分校的一项研究，描述了二元硫醇-胺溶剂混合物在室温和常压下溶解大块布氏体矿物以及廉价的块状CuO、PbO和Sb2S3前驱体以生成墨水的能力。合成的复合墨水是由大量的二元前驱体按正确的化学计量比溶解而得到的，在溶液沉积和退火后，生成CuPbSbS3的纯薄膜。相关论文以题为“Solution Deposition of a Bournonite CuPbSbS3 Semiconductor Thin Film from the Dissolution of Bulk Materials with a Thiol-Amine Solvent Mixture”于3月11日发表在Journal of the American Chemical Society上。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b13787

近来，Wallace等人通过对天然矿物的筛选，得到的材料具有热力学稳定性，不具有杂化卤化铅钙钛矿所固有的环境不稳定性问题。极性结构可以降低激子的结合能，减少材料中的复合速率。极性晶体结构可以使直接带隙材料的偶极不允许跃迁的几率和在吸收开始时振子强度的相应降到最低。从筛选到的自然生成的多种矿物中，符合选择标准的结果之一是车轮矿CuPbSbS3。车轮矿CuPbSbS3是一种硫盐矿物，它在正交晶立方Pmn21空间群中结晶，根据实验报道，从1.20 eV到1.31 eV的带隙是单结太阳能电池的最佳选择。有关CuPbSbS3的合成文献很少，目前只有少量的固态合成和一种溶剂热合成。 到目前为止，这种材料还没有以薄膜的形式沉积或研究。

基于以上考虑，研究者开发了一种碱化溶剂系统，它利用短链硫醇和胺的二元混合物，能够溶解100多种散装材料，包括散装金属、金属硫族化合物和金属氧化物。所得到的油墨在溶液沉积和温和退火后通过溶解和恢复的方法返回纯相的硫族化合物薄膜，使其适用于大规模的溶液处理。事实上，硫醇-胺油墨已被有效地用于大面积黄铜矿和酯基太阳能电池的溶液沉积，具有极好的功率转换效率。

研究者首次展示了车轮矿CuPbSbS3薄膜沉积的方法。通过简单地调整大块前驱体的化学计量学，就可以精细地调整复合油墨的组成，从而允许沉积纯相的CuPbSbS3。制备的CuPbSbS3薄膜具有1.24 eV的直接光学带隙，在~105cm-1的可见光范围内具有较高的吸收系数。电学测量证实，固溶处理的CuPbSbS3薄膜具有0.01- 2.4 cm2(V•s)-1范围内的流动性，载体浓度为1018-1020cm-3。这突出了在薄膜太阳能电池中作为吸收层的潜力，需要进一步的研究。

图1 车轮矿CuPbSbS3的晶体结构图

图2 合成油墨以及相关测试图

图3 将纯相CuPbSbS3从油墨中滴铸并退火到450 ˚C的粉末XRD图谱。

图4 CuPbSbS3薄膜的相关测试表征图

图5 CuPbSbS3薄膜电阻率(ρ)随温度变化的函数。

该方法可推广应用于其它多晶半导体薄膜的溶液沉积，包括与I-IV-V-VII组成相关的半导体，如CuPbBiS3。 结果突出了碱化法在解决硫酸盐吸收层沉积问题上的前景 。（文：水生）

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