CN102233262A

CN102233262A - 多通道式化学滤材

Info

Publication number: CN102233262A
Application number: CN2010101533630A
Authority: CN
Inventors: 张丰堂
Original assignee: JG Environmental Technology Co Ltd
Current assignee: JG Environmental Technology Co Ltd
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2011-11-09

Abstract

本发明提供一种多通道式化学滤材，其特征在于，包括有：一边框；以及数多孔道吸附单体，由多孔系吸附材直接制作成型，而阵列定位在该边框内部；利用滤材搭配改质技术进而具有有效去除甲硫醇、硫化氢、二氧化硫、二甲基硫、氢氟酸、硝酸、醋酸等有机与无机酸、氨气、甲醛及异丙醇等空气分子污染物的长效净化功效，还具有增长滤材使用寿命及方便更换的功效。

Description

多通道式化学滤材

技术领域

本发明涉及滤材，尤其涉及一种由多孔系吸附材直接制作成型出多孔道吸附单体，而把数多孔道吸附单体阵列定位在边框内部的多通道式化学滤材。

背景技术

用于净化空气分子污染物的化学滤材，常见的结构型态如图1所示的瓦楞纸式化学滤材10，其是以瓦楞纸板做为基体，再将吸附材粉末通过结合技术(如浸涂法)附着在瓦楞纸板上；然而，由于前述的瓦楞纸式化学滤材10，其单位体积的吸附材仅约占滤材整体的30％以下，再者其单位体积的重量也较小，也即短时间就会吸附饱和，导致滤材就必须频繁地更换。

其次，极低浓度(数ppt至ppb)的恶臭、有毒及腐蚀性气体污染物，目前主要是以吸收塔、干式洗涤吸附器(dryscrubbing adsorptive)及化学吸附滤材予以去除，且大多有添加化学药剂加强其净化效率，以降低气体中污染物浓度及增加处理量。而物理吸附、化学吸附及化学吸收为去除单元中的主要作用机制；其中，物理吸附为可逆反应，主要以介质表面原有的官能基或孔洞性质进行污染物去除；化学吸附及化学吸收作用则在介质中添加活性物质，使污染物与添加物产生化学反应(例如酸碱中和)，而对于所欲去除的污杂物的去除率及去除量做不同程度的改善。例如以活性碳为载体，将金属盐类含浸在活性碳上可去除二氧化硫及硫化氢，常使用的金属盐类有铬盐、铜盐、银盐等；改质过的活性碳吸附剂对于高浓度的污染物气体具有相当的吸附容量，但其吸附容量会随污染物浓度下降而降低，且当线速度增加时，去除效率及吸附容量都会大幅降低。

再者，一般空气分子的污染物(Airborne molecular contamination，AMC)包括硫化氢、二氧化硫、二甲基硫、氢氟酸、硝酸等有机与无机酸、氨气、甲醛及异丙醇等化合物，大多存在于周围环境中，主要由于交通污染、工地污染、农业污染、动植物氧化分解、生活污染物、工厂排放、空气气体置换等因素所造成。而近来，国际间对于环保议题及工业安全卫生及高科技厂洁净室分子污染物净化的日益重视，考虑工业废气对环境及劳工以至于一般大众身体产生的危害，故对于工业废气排放标准日趋严格，国内外法规都已制定出相关的浓度及臭味的排放标准。

另一方面，近来高科技厂的高阶制程对于含硫化合物等有机与无机酸或碱及低沸点有机化合物等难处理的分子污染物，在外气引入洁净室前的净化程度要求愈为严苛；例如在半导体晶圆制造厂及TFT-LCD面板光电制造业面板制程中，去光阻程序(stripping process)所使用的去光阻剥离液(stripper)，主要成分为高沸点且几乎完全溶于水的有机化合物，包括单乙醇胺(MEA)、二甲基亚砜(DMSO)以及乙二醇单丁醚(BDG)等；而在去光阻制程中，去光阻剂中的二甲基亚砜虽然是一种高沸点水溶性而且挥发性低的液体，但在处理过程中，极容易形成低沸点且恶臭的二甲基硫(dimethyl sulfide，DMS)和二甲基二硫(dimethyl disulfide，DMDS)的气态污染物。然而，以传统吸附法、冷凝法及吸收法并无法完全去除低沸点及低水溶性的DMS与DMDS，而且其在低浓度下即会产生恶臭，极易影响厂房周围生活环境而引发民众抗议，同时也影响到厂房周围其他高科技厂高阶制程的产品良率。另因DMS的性质与一般含硫气态分子污染物不太相同，DMS虽也属于与甲硫醇等性质相似的有机硫化物，但因其酸碱性质不明显且分子较小，性质与硫化氢较接近但更不容易被氧化，故相当不易处理；若欲在常温下将DMS分解，几乎是不可能的事，仅能将其吸附去除或氧化转化成较易吸附的化合物。

还有，空气中常见的含硫气态分子污染物为硫化氢和二氧化硫，去除的方式一般以强氧化剂如高锰酸钾等为主，其反应机制如下：

二氧化硫去除反应机制

3SO₂+2KMnO₄+4KOH→3K₂SO₄+2MnO₂+2H₂O

MnO₂+SO₂+2KOH→K₂SO₄+MnO+H₂O

MnO+O₂→2MnO₂

硫化氢去除反应机制

3H₂S+2KMnO₄→3S+2MnO₂+2KOH+2H₂O

然而，一般会使用颗粒状、粉状、球状、纤维状等的吸附材经改质剂予以改质而吸附去除硫化物，其改质剂的活性组成一般主要为过渡金属，使用方法有直接使用过渡金属氧化物，或是将过渡金属分散在如活性碳的多孔系载体表面，或是两者相互混用。有关去除硫化物的改质剂专利如下：US4075282专利案在活性碳碳床上喷出溶液方式(碘、碘化钾、硫化钠、硫化氢钠、水)，可直接吸收二氧化硫、硫化氢；US4196183专利案则是在活性碳表面含浸氧化铜或三氧化二铁，对于中浓度(20至250ppm)的硫化氢具有98％的去除率；US5063196专利案则是在活性碳表面含浸碳酸铜、氢氧化铜、碳酸锌、硝酸银、三乙基二胺(TEDA)及有机酸(maleic and酒石酸)，而能有效去除氰化氢、氯化氰(氯气、氯化氢、二氧化硫)、甲醛及硫化氢，其最大特点是不含铬化合物且加入碱性化合物用以吸收酸性气体；US5496785专利案是以乙酸锌、碳酸钾作为活性碳的主要活性组成，可有效去除氰化氢、四氟化碳、二氧化硫、氯气、氟化氢及硫化氢；而JP1996-323194中揭露一种将锰离子交换在X型沸石上，可用于去除硫化氢及甲硫醇等sulfide化合物，在较低的空间流速(3000Hr^-1)下，其起始去除率可达99.9％。

但是，对于如甲硫醇、硫化氢、二氧化硫、二甲基硫、氢氟酸、硝酸、醋酸等有机与无机酸、氨气、甲醛、丙二醇甲醚醋酸酯及异丙醇等空气分子污染物的去除，目前尚无较长效且易更换的移除滤材。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种多通道式化学滤材，解决现有技术滤材必须频繁更换及不易更换的问题，而具有增长滤材使用寿命及方便更换的功效。

本发明的另一目的在于提供一种多通道式化学滤材，具有利用滤材搭配改质技术进而具有有效去除甲硫醇、硫化氢、二氧化硫、二甲基硫、氢氟酸、硝酸、醋酸等有机与无机酸、氨气、甲醛及异丙醇等空气分子污染物的长效净化功效。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

本发明多通道式化学滤材，其特征在于，包括有：一边框；以及数多孔道吸附单体，由多孔系吸附材直接制作成型，而阵列定位在该边框内部。

前述的多通道式化学滤材，其中多孔道吸附单体的单位面积孔道数为50至1600PPI。

前述的多通道式化学滤材，其中多孔道吸附单体的单位面积孔道数较佳为150至400PPI间，且孔道型式为蜂巢状。

前述的多通道式化学滤材，其中边框在内部设置有格架且在前后端设置有格网。

前述多通道式化学滤材，其中多孔系吸附材包括活性碳、沸石与氧化铝。

前述的多通道式化学滤材，其中活性碳多孔道吸附单体可由煤粉、乳化煤焦油、水溶性粘合剂、润滑剂和水，经过原料粉碎、配料、捏合、挤出成型、干燥、碳化和活化而得到。

前述的多通道式化学滤材，其中进一步以所述多孔道吸附单体为载体并合成或含浸有改质剂。

前述的多通道式化学滤材，其中改质剂包括KMnO₄、Cu-EDTA、Ag或Cu。

本发明多通道式化学滤材的有益效果，包括有：一边框；以及数多孔道吸附单体，由多孔系吸附材直接制作成型，而阵列定位于该边框内部。然而，该多孔道吸附单体的单位面积孔道数为50至1600PPI(Poles per squareinch；每英寸孔道数)；其中较佳为150至400PPI间，且孔道型式为蜂巢状。

此外，该边框在内部设置有格架且在前后端设置有格网。再者，该多孔系吸附材包括活性碳、沸石与氧化铝；其中，该活性碳多孔道吸附单体可由煤粉、乳化煤焦油、水溶性粘合剂、润滑剂和水，经过原料粉碎、配料、捏合、挤出成型，干燥、碳化和活化而得到。另，进一步以该多孔道吸附单体为载体并合成或含浸有改质剂，而该改质剂包括KMnO₄、Cu-EDTA、Ag或Cu。

具有增长滤材使用寿命及方便更换的功效。其利用滤材搭配改质技术进而具有有效去除甲硫醇、硫化氢、二氧化硫、二甲基硫、氢氟酸、硝酸、醋酸等有机与无机酸、氨气、甲醛及异丙醇等空气分子污染物的长效净化功效。

附图说明：

图1为现有瓦楞纸式化学滤材结构示意图。

图2为本发明的分解结构示意图。

图3为本发明组合结构示意图。

图中主要标号说明：10瓦楞纸式化学滤材、20边框、21格架、22格网、30多孔道吸附单体。

具体实施方式

首先，如图2、图3所示，本发明包括有：一边框20，内部设置有格架21；以及数多孔道吸附单体30，阵列定位于该边框20内部，而该多孔道吸附单体30是由多孔系吸附材直接制作成型，该多孔系吸附材包括活性碳(A.C.)、沸石(Zeolite)与氧化铝(Al₂O₃)；其中，该活性碳多孔道吸附单体30可由煤粉、乳化煤焦油、水溶性粘合剂、润滑剂和水，经过原料粉碎、配料、捏合、挤出成型、干燥、碳化和活化而得到。

此外，该边框20的前后端设置有定位该多孔道吸附单体30的格网22；另外，进一步以该多孔道吸附单体30为载体并合成或含浸有改质剂，该改质剂包括Cu-EDTA、Ag或Cu，借以有效移除DMS、H₂S及SO₂等污染物。

基于前述的构成，本发明是由多孔系吸附材直接制作成型出多孔道吸附单体30，再将数多孔道吸附单体30阵列于边框20内部，且搭配格架21与格网22而把多孔道吸附单体30阵列定位；于是，因该多孔道吸附单体30是由多孔系吸附材直接制作成型，也即滤材整体都是具有吸附功能的吸附材，相较于现有的瓦楞纸式化学滤材10，单位体积的吸附材仅约占滤材整体的30％，本发明吸附饱和的时间可提升至三倍以上，且因将多孔系吸附材直接制作成易于更换的单体态样，而具有增长滤材使用寿命及方便更换的功效。又，另因以该多孔道吸附单体30为载体并合成或含浸有改质剂，则具有有效去除甲硫醇、硫化氢、二氧化硫、二甲基硫、氢氟酸、硝酸等有机与无机酸、氨气、甲醛、丙二醇甲醚醋酸酯及异丙醇等空气分子的污染物的功效。借此，本发明对于浓度为0.0001ppm至100ppm(0.1PPb至100000PPb)的空气分子污染物，具有极为优异的长效净化功效，尤其是对于浓度为0.001ppm至100ppm(1PPb至1000PPb)的空气分子污染物，具有更加优异的长效净化功效。

然而，再将改质剂的合成方式说明如下：

(a)(KMnO₄+KOH)/A.C.

取高锰酸钾79克与氢氧化钾56克加入1000ml水后充分搅拌直至高锰酸钾完全溶解，将溶液1000毫升倒入含有500克活性碳充分混合，静置1小时后，将样品以120℃烘干，可得样品534克。

(b)Cu-EDTA/A.C.

取含结晶水的硝酸铜36克加入500ml水后充分搅拌直至硝酸铜完全溶解，将硝酸铜溶液250毫升倒入含有200克活性碳多孔道吸附单体的圆形瓶中，以旋转挥发仪将水分去除后，再加入剩下的250毫升硝酸铜溶液，再以旋转挥发仪将水分去除；续取乙二胺四乙酸(EDTA EthylenediamineTetraacetic Acid)0.7克分散于200毫升水中，后加入含有硝酸铜的活性碳多孔道吸附单体中，再以旋转挥发仪将水分去除；将样品以120℃烘干，可得样品234.2克。

(c)5wt％Ag/A.C.

取硝酸银结晶0.3758克加水10克使其完全溶解，将硝酸银溶液缓慢滴入含有5g活性碳的多孔道吸附单体的烧杯中，边加边搅拌，待充份搅拌后置于150℃烘箱中干燥。

(d)5wt％Ag/Zeolite

取含有30％Y型沸石(CBV-100)的多孔道蜂巢状吸附单体100g加入92.4ml水后充分搅拌并升温至50℃，取硝酸银结晶2.4139克加水15克使其完全溶解，将硝酸银溶液缓慢滴入含有沸石多孔道蜂巢状吸附单体的溶液中，搅拌1小时后过滤并水洗，80℃干燥后以400℃烧结2小时，可得5％Ag/沸石多孔道蜂巢状吸附单体。

(e)Cu/Al₂O₃

取含结晶水的硝酸铜36克加入500ml水后充分搅拌直至硝酸铜完全溶解，将硝酸铜溶液250毫升倒入含有200克Al₂O₃多孔道吸附单体的圆形瓶中，以旋转挥发仪将水分去除后，再加入剩下的250毫升硝酸铜溶液，再以旋转挥发仪将水分去除。

另，DMS移除率的测试方法：

(1)将欲测试的吸附剂在烘箱中烘干(90至100℃，4hr)后取出，置于干燥皿中待冷却，秤重所需的样品(W1)。

(2)将吸附测试管的两盖口互合后以长尾夹固定，先调整浮子流量计至所需的流量，尾端以干式流量计及湿度计进行气体流量及湿度测量，再开启气体质量流量计并将尾气接至总硫分析仪进行总硫浓度分析，直至所需的浓度。

(3)将吸附剂装置在测试管中，并打开恒温循环水槽通入恒温水于恒温槽夹层中。

(4)将测试管装至吸附***上，开始进行反应，直至尾气浓度至所设定为止(时间为t)。

(5)将吸附床取下倒出样品秤重(W2)。

又，饱和吸附量的计算方法：

秤重吸附量：

吸附量wt％(g DMS/g吸附剂)＝(W2-W1)/W1×100％

计算吸附量：

吸附量wt％(g DMS/g吸附剂)

＝C×10-6×流量(L/min)×t×62/24.5/W1×100

其中，C为DMS浓度(ppm)

低浓度吸附测试结果如下表1所示：

表1为低浓度DMS吸附测试结果

线速度(m/s)	吸附剂组成	DMS入口浓度(ppb)	DMS出口浓度(ppb)	起始去除率(％)	单位时间上升浓度(ppb/hr)
						1.0	KMnO₄-KOH/A.C.	150	18至30	80至87	----
1.0	Cu²⁺-EDTA/A.C.	75	6至9	88至92	----
						0.5	Cu²⁺-EDTA/A.C.	75	6至9	88至92	0.42
0.5	(Mn²⁺+KOH)/A.C.	75	15	80	----
						0.5	碱式碳酸铜/A.C.	75	7	90	2.57
0.5	CuO/A.C.	75	3	95	0.98

温度＝室温，湿度＝RH20％，反应器尺寸：2.4×2.4公分，充填高度：3公分，吸附剂尺寸：8至12mesh，吸附剂用量15ml

在上表中，是在低浓度DMS吸附测试结果，其中明显可见，吸附剂Cu²⁺-EDTA/A.C.及CuO/A.C.可有效去除DMS90％以上。

所以，本发明中的滤材是以多孔道吸附单体的形式予以充填而成(如图2所示)，其可同时去除DMS、H₂S以及SO₂，而相较现有的颗粒式填充形式，各自对于DMS、H₂S以及SO₂移除效率的测试结果如表2所示：

表2为不同滤材形式的污染物移除率测试结果：

滤材形式	处理DMS和H₂S效率(％)	压损	使用寿命
				现有颗粒式填充形式	80至87	大	180天
多孔道吸附单体	大于95	小	大于360天

因此，由表2中可明显发现，倘若仅使用现有颗粒式充填滤材(KMnO₄+KOH/AC)，对于污染物DMS、H₂S等的移除率及使用寿命较低，压损较大；而采用本发明中的多孔道吸附单体化学滤材，除具有易更换的特征外，还可有效提高DMS、H₂S等污染物的移除率，且有效增长使用寿命，尤其针对该DMS更有高于95％的移除效率，并可充分降低其压损而具节能的效能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种多通道式化学滤材，其特征在于，包括有：一边框；数多孔道吸附单体，由多孔系吸附材直接制作成型，而阵列定位在该边框内部。

2.根据权利要求1所述的多通道式化学滤材，其特征在于，所述多孔道吸附单体的单位面积孔道数为50至1600PPI。

3.根据权利要求2所述的多通道式化学滤材，其特征在于，所述多孔道吸附单体的单位面积孔道数较佳为150至400PPI间，且孔道型式为蜂巢状。

4.根据权利要求3所述的多通道式化学滤材，其特征在于，所述边框在内部设置有格架且在前后端设置有格网。

5.根据权利要求4所述的多通道式化学滤材，其特征在于，所述多孔系吸附材包括活性碳、沸石与氧化铝。

6.根据权利要求5所述的多通道式化学滤材，其特征在于，所述活性碳多孔道吸附单体可由煤粉、乳化煤焦油、水溶性粘合剂、润滑剂和水，经过原料粉碎、配料、捏合、挤出成型、干燥、碳化和活化而得到。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的多通道式化学滤材，其特征在于，进一步以所述多孔道吸附单体为载体并合成或含浸有改质剂。

8.根据权利要求7所述的多通道式化学滤材，其特征在于，所述改质剂包括KMnO4、Cu-EDTA、Ag或Cu。