氫氟酸過濾的目的和過濾裝置的材質選擇

氫氟酸過濾是許多實驗室和工業流程中重要一環，可以保證產品純度、確保工藝順利進行、以及保障安全與分析準確性，其主要的作用包括以下三個方面：
1. 去除顆粒污染物，保證產品純度
無論是酸本身在生產、儲存和運輸過程中引入的雜質，還是在工藝過程中產生的副產物，都需要被去除。在半導體、光伏、液晶顯示器等電子行業，需要使用超高純度的電子級氫氟酸，即使含有微米或亞微米級別的顆粒，也可能導致集成電路的短路、線路缺陷或良率下降。因此需要通過精密過濾來去除。
2. 分離反應產物，實現工藝目標
在許多工藝中，過濾是一個關鍵的分離單元操作，目的是有選擇性地分離出所需的產物或移除有害的副產物。
3.保護設備和確保分析準確性
在實驗室分析時，精密儀器的管路和噴嘴非常細小。如果樣品溶液中含有顆粒，極易造成堵塞和磨損，導致設備停機并產生昂貴的維修費用。因此，在將任何樣品注入儀器前，過濾是標準的樣品前處理步驟。
       
但是在過濾氫氟酸時，選擇合適材質的過濾瓶成為一大難點。最常見的過濾瓶，如砂芯溶劑過濾器、布氏漏斗等，材質為玻璃和陶瓷，但氫氟酸時玻璃和陶瓷材質的天敵。
       
普通強酸，如鹽酸、硫酸、硝酸會腐蝕金屬，但它們對玻璃和陶瓷幾乎無可奈何。而氫氟酸則完全不同，因為它能直接攻擊構成玻璃和陶瓷的主要成分——二氧化硅（SiO₂）和硅酸鹽。氫氟酸會與與二氧化硅（SiO₂）反應，這個反應將固態的、結構堅固的二氧化硅，轉化為氣態的四氟化硅（SiF₄），從而徹底摧毀了材料的骨架；此外也會與硅酸鈣反應，同樣生成了氣態的SiF₄，同時還生成了不溶性的氟化鈣（CaF₂） 白色沉淀。這些反應會讓過濾瓶在很短的時間內被腐蝕出孔洞或裂紋，作為危險的化學品，一旦泄漏，會造成安全事故。一個被HF腐蝕的玻璃過濾瓶，其結構已經變得脆弱，在真空負壓的作用下，隨時可能破裂，導致危險化學品噴灑出來。此外反應還會生成的氟化硅（SiF₄）氣體會逸出，而氟化鈣（CaF₂）等白色沉淀物會混入你的濾液或留在濾膜上，嚴重污染樣品，使整個過濾操作失去意義，甚至導致錯誤的實驗結果。玻璃和陶瓷中含有的其他金屬離子（如鈉、鈣、鋁、硼等）也會與HF反應，溶解到酸液中，引入不需要的雜質。
       
所以能夠被用于氫氟酸過濾的材質有某些特殊合金和塑料，但考慮到制造成本、透明度（需要觀察濾液位置），塑料材質更常被使用，主要包括三種塑料：
● 聚四氟乙烯PTFE——PTFE的主鏈是由連續的碳-碳（C-C）鍵構成，這本就非常穩定。但其耐腐蝕性的關鍵在于，主鏈上的每個碳原子都連接著兩個氟原子（F），形成了堅固的碳-氟（C-F）鍵。C-F鍵是是有機化學中強而穩定的共價鍵之一，鍵能極高。氫氟酸的腐蝕性來自于氟離子（F⁻）及其與某些元素（如硅）的強大反應能力。但PTFE本身已經完全氟化，其結構中的氟原子處于穩定狀態，沒有空位或活性點供HF中的F⁻進行攻擊�？梢哉f，PTFE在分子層面上已經“飽和”了氟，HF對它無可奈何。但聚四氟乙烯材質有個顯著的不足，透明度差，操作人員無法觀察集液瓶內的液位高度，容易出現液滿溢出，吸入抽濾泵內造成真空泵進液損壞，所以雖然耐腐蝕性強，但也不常用于過濾瓶的制造。
● 聚砜PSU——聚砜類塑料的分子結構更復雜，但都包含一個關鍵特征——砜基（-SO₂-）。基團中的硫原子處于最高氧化態（+6），非常穩定，不易被進一步氧化。S=O雙鍵鍵能很高。整個砜基是一個強大的吸電子基團，使得其相鄰的苯環電子云密度降低，從而更難被親電試劑（如H⁺）攻擊。氫氟酸的酸性，不足以質子化或斷裂聚砜分子中砜基構成的穩定結構，整個分子骨架缺乏有效的攻擊點。聚砜的高玻璃化轉變溫度（Tg）也間接說明了其分子鏈剛性大，運動困難，這種致密的結構也阻礙了化學介質的滲透。但聚砜材質由于工藝和材質本身的原因，生產制造成本較高。
● 聚丙烯 (PP) ——PP的主鏈也是由C-C鍵和C-H鍵構成的飽和烴類結構。這種結構本身對稀酸和濃酸就有很好的抵抗性。PP分子中不含容易被酸質子化或發生水解的極性基團（如酯基 -COO-、酰胺基 -CONH-、羥基 -OH 等）。氫氟酸的腐蝕主要依賴于H⁺（質子）的進攻和陰離子的參與，而PP的分子鏈是純粹的非極性烷烴，對質子攻擊不敏感。但PP材質也存在溶脹，以及機械強度與耐磨性一般的缺點。
       
所以在過濾氫氟酸時，可以優先選擇聚砜或聚丙烯材質的真空過濾瓶。例如圣斯特的CH300PA氫氟酸/磷酸真空過濾裝置，使用了聚苯砜PPSU材質制作過濾漏斗，用于盛裝待過濾的液體；PP聚丙烯材質制作集液瓶，用于收集通過濾膜后的濾液。這種配置綜合了聚苯砜材質耐腐蝕性好、強度高，以及聚丙烯材質能耐受氫氟酸或磷酸，同時成本較低的優點，各自發揮兩種材質的優點。此外的抽濾泵配置上，使用了從進氣接口，到泵頭、內部管路、氣片、出氣口均為PTFE聚四氟乙烯材質的耐化學腐蝕性隔膜真空泵，過濾時揮發性的氣體抽入泵內也不會損壞內部零部件。