一種吸附材的再生方法及其系統的製作方法

2024-03-10 17:27:15

專利名稱：一種吸附材的再生方法及其系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種吸附材的再生方法，特別涉及用於去除低濃度有機廢氣汙染物所 使用吸附材的淨化再生方法，且使用高活性物質如臭氧(O3)或氫氧自由基(OH『/HO27O2『)， 可有效淨化再生吸附材。本發明可用於增加觸媒與吸附材效率、延長觸媒吸附材壽命且適 用於淨化處理高風量低濃度的晶圓製造、光電面板製造業等無塵室空氣淨化或其排放廢氣 的淨化用途，同時適用於一般廢水廠、塗裝印刷業及相關化工業等空氣淨化之用。
背景技術：
近來，國際間對於環保議題及工業安全衛生及高科技廠潔淨室分子汙染物淨化的 日益重視，考慮工業廢氣對環境及勞工以至於一般大眾身體產生的危害，對於工業廢氣排 放標準日趨嚴格，國內外法規都已制定出相關的濃度及臭味的排放標準；另一方面，近來高 科技廠的高階製程對於含硫化合物及低沸點有機化合物等難處理的分子汙染物，在外氣引 入潔淨室前的淨化程度要求愈為嚴苛。在半導體晶圓製造廠及TFT-IXD面板光電製造業面板製程中，去光阻程序 (stripping process)所使用的去光阻剝離液(stripper)主要成分為高沸點且幾乎完全 溶於水的有機化合物，包括單乙醇胺(MEA)、二甲基亞碸(DMSO)以及乙二醇單丁醚(BDG) 等。而在去光阻製程中，去光阻劑中的二甲基亞碸雖然是一種高沸點水溶性而且揮發性低 的液體，但在處理過程中，極容易形成低沸點且惡臭的二甲基硫(dimethyl sulfide, DMS) 和二甲基二硫(dimethyldisulfide，DMDS)的氣態汙染物。然而，以傳統吸附法、冷凝法及 吸收法並無法完全去除低沸點及低水溶性的二甲基硫與二甲基二硫，而且其在低濃度下即 會產生惡臭，極易影響廠房周圍生活環境而引發民眾抗議，同時也影響到廠房周圍其它高 科技廠高階製程的產品良率。空氣中低濃度有機化合物氣體的淨化技術可運用物理方法、化學方法及其混合 法。而物理方法將空氣通過採用吸收、吸附、分離等物理步驟的淨化設備以除去空氣中低濃 度有機化合物，常用的物理方法有機械分離法、過濾法、吸附法、洗滌法和靜電法。其中吸附法為現階段常見的有機氣體淨化方法，由於人類在科技上不斷的突破 與發展，致使吸附程序(Adsorption process)技術被廣泛地應用於化工、生化、石化及 環保等工業的純化及分離淨化應用上。吸附是一種基本的固-氣(或固-液)兩相界 面化學現象。當氣體分子(Molecules)、原子(Atoms)或離子(Ions)靠近固-氣界面的 吸附劑表面時，由於彼此間分子的親和力(Affinity)作用而形成的微弱分子間力(Weak inter-molecular forces)，使得氣體(或液體)分子附著於固體吸附劑表面上，此種現象 稱為吸附(Adsorption ；有時亦稱為Adsorptive separation)。在一般的固氣界面上，固體 表面原子會有向內拉的傾向，於是造成不平衡力，氣體(流體)中某些物質為了滿足表面平 衡，以降低固體表面張力及自由能(Free energy)，因此向固體表面移動，並附著在固體上。 在該系統中，具有表面作用的固體稱為吸附劑(Adsorbent)，被吸附的氣體分子稱為吸附質 (Adsorbate)。吸附作用是揮發性有機物在空汙防治應用中一個極為重要的反應作用，其中該吸附機制包含三個步驟步驟一、揮發性有機物擴散至吸附材的表面；步驟二、揮發性有 機物於吸附材孔洞內擴散；步驟三、揮發性有機物被吸附材孔洞所吸附。如此即可藉由吸附 材來吸附揮發性有機物。吸附性質依其鍵結作用方式可區分為1.物理性吸附(Physical adsorption)2.化學性吸附(Chemisorption)物理性吸附主要涉及的是交互作用力也就是所謂凡得瓦爾力(Van derffaals force ；dispersion—repulsion)以及吸附質分子與吸附材表面間產生的極化 (Polarization)、偶極(Dipole)或雙偶極作用力(Quadrupole)而形成的靜電吸引力 (Electrostatic interaction force)所形成，但對於非極性吸附質而言，倫敦擴散力 (London dispersion force)仍是最主要的吸附力。靜電吸引力，這種作用力比倫敦擴散力 較具專一性；尤其在偶極分子與離子固體物之間更為顯著。靜電吸引力大小與固體表面電 場強度及分子被極化程度有關，靜電吸引力在極性及非極性分子與共價性的固體物之間無 明顯作用，因為缺少了電場的作用。例如沸石，因其為具有極性的吸附材，其吸附的主要引 力來源則包含倫敦擴散力及靜電吸引力。化學性吸附則是吸附質與固體表面之間，因親和力而產生分子軌域重疊作用並產 生化學鍵結，其性質與化學鍵相似，此時彼此的化性及電性均會改變，同時比物理性吸附來 得複雜得多。當化學吸附形成共價建時，稱之為弱化學性吸附(Weak chemisorption)；而 形成離子鍵(Ionic bond)時，稱為強化學性吸附(Strong chemisorption)。化學性吸附為 不可逆反應，脫附時將改變吸附劑特性，因此以化學性吸附為主的反應，通常吸附劑不予再 生。化學性吸附鍵結能隨著吸附質與吸附劑間距離增加而降低，故只形成單層吸附。且吸 附質分子因化學反應，可能會有解離的情況發生，吸附一般又可分為活性(Activated)反 應和非活性(Non-activated)反應兩種，活性反應有相當大的活性能，而且反應速率隨溫 度而變。非活性反應的活化能則接近於零，因此反應速率很快。通常氣、固相之間一開始為 非活性吸附，之後則發生吸附速率慢，且隨溫度變化的活性吸附現象。所有的吸附分離程序都是操作在吸脫附的循環狀態中，在吸附階段吸附材交替地 與吸附質及其載體接觸，分子選擇性地吸附住所需攫取的被吸附質，接著再進入脫附再生 步驟，在此程序中主要是將被選擇性吸附住的吸附質脫附驅離出來，此步驟就是所謂的脫 附禾呈序(Desorption process),有時也稱為再生禾呈序(Regeneration process)。有些時候 為了處理極低濃度下吸脫附分離程序的隔離冷卻作用或者為了避免吸脫附循環程序時不 必要的交叉汙染發生(Cross contamination)，在脫吸附的循環程序間可加入一隔離程序 (Separation process ；purge process)，有時也稱為冷卻程序(Coolingprocess)。吸附材的再生方式有以下幾種方式1.壓力變化式(Pressure swing) ；2.溫度 變化式(Thermal swing ；temperature swing)；或 3.濃度變更式(Purge/concentration swing),又可區分為衝提式(Inert purge)及取代式(Displacement purge)。而吸附材的再生攸關去除空氣中有機氣體的淨化效率，然傳統上的吸附材再生主 要以壓力變化式及溫度變化式為主，二者在吸附材的再生淨化程度僅可達七至八成左右， 也就是說，再生後的吸附材仍殘存許多吸附質(汙染物)，吸附材的出口終極濃度受限，於 吸附材的重複使用上有其缺陷，同時也耗費許多能源。再者，若採用蒸汽取代式來再生吸附材，則又有廢水問題。因此，如何有效節省操作成本，並能達到充分再生吸附材的功效，有效淨化再生該 吸附材以重複使用來淨化空氣中有機氣體，為處理有機廢氣的一重要課題。

發明內容
有鑑於上述已知技術的吸附材進行脫附再生的不完全，發明人有感其未臻於完 善，遂竭其心智悉心研究克服，憑其從事該項產業多年的累積經驗，進而研發出一種吸附材 的淨化再生方法及系統，其利用高活性物質如臭氧(O3)或氫氧自由基(ΟΗ『/ΗΟ2『/Ο2『)等， 可有效淨化再生吸附材，使經淨化再生的吸附材得以重複進行有機氣體的吸附作用，降低 有機氣體淨化的成本，同時有效達成資源重複利用功效，並完成節能減碳的目的。本發明利用高活性物質來進行吸附材的脫附作用，其為一種吸附材於吸附有機物 質後的化學再生方法，所使用的高活性物質為臭氧(03)、氫氧自由基(οη『/ΗΟ2『/Ο『)等，該 等高活性物質的氧化電位及反應如下表一所示表一、高活性物質的氧化電位及反應
權利要求
一種吸附材的淨化再生方法，其特徵在於，包含下列步驟(1)提供一種有機氣體淨化裝置，其中該有機氣體淨化裝置包含一吸附材，且該吸附材用於吸附所欲淨化的有機氣體；(2)提供一種高活性物質產生單元，其用於淨化再生被吸附於該吸附材的有機物質；(3)將已吸附有機氣體的吸附材導入該高活性物質產生單元所產生的高活性物質，以進行該吸附材的淨化再生。
2.如權利要求1所述的淨化再生方法，其特徵在於，於該步驟(2)之後，進一步包含 (2-1)步驟，其為提供一加溼器，以於步驟(3)中提高該吸附材淨化再生時的水汽含量，增 加淨化再生的效能。
3.如權利要求1或2所述的淨化再生方法，其特徵在於，該步驟(2)中的高活性物質產 生單元所產生的高活性物質為臭氧(O3)或氫氧自由基(οη『/ΗΟ2<『/Ο2『)。
4.如權利要求3所述的淨化再生方法，其特徵在於，該吸附材為蜂巢狀吸附單體，且該 蜂巢狀吸附單體為蜂巢狀沸石吸附單體、蜂巢狀活性碳纖維紙吸附單體或蜂巢狀瓦楞紙吸 附單體。
5.如權利要求3所述的淨化再生方法，其特徵在於，該有機氣體淨化裝置為轉輪濃縮 器、轉環式濃縮器、直立式淨化塔或臥式淨化塔。
6.如權利要求3所述的淨化再生方法，其特徵在於，該有機氣體的濃度為0.001-100ppmvo
7.如權利要求3所述的淨化再生方法，其特徵在於，其作為觸媒吸附材的最終淨化再生方法。
8.一種吸附材的淨化再生系統，其包含一有機氣體淨化裝置，其中該有機氣體淨化裝置包含一吸附材，且該吸附材用於吸附 所欲淨化的有機氣體；一高活性物質產生單元，其用於淨化再生被吸附於該吸附材的有機物質； 其特徵在於將該高活性物質產生單元所產生的高活性物質導入已吸附有機氣體的吸 附材，以進行該觸媒吸附材的淨化再生。
9.如權利要求8所述的淨化再生系統，其特徵在於，其進一步包含一加溼器，以提高該 吸附材淨化再生時的水汽含量，增加淨化再生的效能。
10.如權利要求8或9所述的淨化再生系統，其特徵在於，該高活性物質產生單元所產 生的高活性物質為臭氧(O3)或氫氧自由基(OH./HO2./O2.)。
11.如權利要求10所述的淨化再生系統，其特徵在於，該吸附材為蜂巢狀吸附單體，且 該蜂巢狀吸附單體為蜂巢狀沸石吸附單體、蜂巢狀活性碳纖維紙吸附單體或蜂巢狀瓦楞紙 吸附單體。
12.如權利要求10所述的淨化再生系統，其特徵在於，該有機氣體淨化裝置為轉輪濃 縮器、轉環式濃縮器、直立式淨化塔或臥式淨化塔。
13.如權利要求10所述的淨化再生系統，其特徵在於，該有機氣體的濃度為0.001-100ppmv。
14.如權利要求10所述的淨化再生系統，其特徵在於，其作為觸媒吸附材的最終淨化再生系統。
全文摘要
本發明提供一種吸附材的淨化再生方法及系統，其利用高活性物質如臭氧(O3)或氫氧自由基(OH·/HO2·/O2·)等，可有效淨化再生吸附材，亦可結合一加溼器，以增強再生效果，使經淨化再生的吸附材得以重複進行有機氣體的吸附與再生作用，其中該吸附材為蜂巢狀吸附單體，且該蜂巢狀吸附單體可為蜂巢狀沸石吸附單體、蜂巢狀活性碳纖維紙吸附單體或蜂巢狀瓦楞紙吸附單體；經淨化再生的吸附材可降低有機氣體淨化的成本，同時有效達成資源重複利用功效，並實現節能減碳的目的。
文檔編號B01D53/04GK101992001SQ20091000878
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月25日 優先權日2009年8月25日
發明者張豐堂 申請人:傑智環境科技股份有限公司;張豐堂