專利名稱：用以化學(xué)吸附氫化物氣體的潔凈劑及凈化有害氣體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種用以化學(xué)吸附氫化物氣體的潔凈劑，尤其有關(guān)一種具有以二氧化鈦?zhàn)鳛檩d體的用于化學(xué)吸附氫化物氣體的潔凈劑。該潔凈劑適用于去除半導(dǎo)體廠及光電廠制程廢氣中的毒性氫化物氣體。
背景技術(shù)：
氫化物(如AsH3、PH3、SiH4、GeH4)為半導(dǎo)體廠爐管、離子植入制程及光電廠MOCVD制程大量使用的氣體，而這些氣體在制程中沒有被完全利用，故會(huì)有毒性氣體自制程機(jī)器排出。這些毒性制程廢氣需加以處理，否則對廠內(nèi)而言是安全的威脅，對廠外則是空氣污染的來源。一般制程尾氣處理可分為濕式法、高溫氧化法與干式吸附法三大類。濕式加藥洗滌法處理后的廢液毒性依舊，而且廢液體積龐大，對工廠而言仍是一大負(fù)擔(dān)。高溫氧化法雖有不錯(cuò)的效果，但氣體處理后產(chǎn)生大量的毒性微粒(如As2O3)容易披覆在管線及高溫腔中，造成機(jī)器失效，因此必須在廠內(nèi)對機(jī)器定期維修保養(yǎng)。維修時(shí)可能造成高毒性微粒逸散，對廠區(qū)及維修人員造成危害，SEMI F5-1101已建議不使用此種處理方式。干式處理法使用潔凈劑(cleaning agents)，利用化學(xué)吸附使AsH3、PH3、SiH4等氣體分子與潔凈劑作用，生成非揮發(fā)性化合物，使制程尾氣不再含有毒性氣體。就操作方式、處理效率、制程安全及清潔性各方面而言，干式處理法明顯優(yōu)于上述二類處理方式。美國專利編號US5,024,823中揭示一種固體吸附劑，可用于AsH3、PH3、B2H6、GeH4及SiH4的吸附處理，該專利是以一般觸媒載體(carrier)含浸硫酸銅，加熱至180℃以上使成無水硫酸銅或僅含單一結(jié)晶水。此法制備的吸附劑處理容量不佳，為了改進(jìn)吸附劑的處理容量。美國專利編號US5,182,088揭示以常用銅、鋅氧化物為活性成分，再添加AgO、HgO等促進(jìn)劑，以共沉淀法制備的化學(xué)吸附劑?；瘜W(xué)吸附劑具有顯著提升的吸附容量，但由于需添加貴金屬(AgO)或高污染性重金屬(HgO、CdO)等促進(jìn)劑，勢必增加制作成本與日后廢料的處理費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一主要目的在于提供一種具高吸附容量的用于化學(xué)吸附(chemisorption)氫化物氣體的潔凈劑，其不需要添加貴金屬(AgO)或高污染性重金屬(HgO、CdO)等促進(jìn)劑。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種具高吸附容量的用以化學(xué)吸附(chemisorption)氫化物氣體的潔凈劑，其使用較低重量百分比的活性成分。
為了實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明目的，本案率先使用高比面積的中孔洞二氧化鈦?zhàn)鳛闈崈魟┑囊徊糠葺d體，二氧化鈦除了具耐酸的性質(zhì)外，其高比面積有助于降低該潔凈劑內(nèi)所含的活性成分的重量百分比，同時(shí)仍能達(dá)到比已知的Cu-ZnO/Al2O3潔凈劑更高的吸附容量。
實(shí)施方式本發(fā)明提供一種用于化學(xué)吸附(chemisorption)氫化物氣體的潔凈劑，該氫化物氣體選自硅烷、二硼烷、磷化氫、砷化氫與四氫化鍺所組成的族群，該潔凈劑包含至少一員選自銅、鋅、鎂及錳的氧化物所組成的族群的活性成份，及至少一員選自鋁、硅及鈦的氧化物所組成的族群的載體成份，其中該活性成份占潔凈劑的重量百分比例為10～90％，及其余為該載體成份，其特征在于該載體成份包含二氧化鈦。
本發(fā)明潔凈劑的活性成份與載體成份的比例需在一定范圍內(nèi)，當(dāng)活性成份太低時(shí)，無法達(dá)到具競爭力的吸附容量；當(dāng)載體成份太低時(shí)，將會(huì)降低比表面積，相對的也減少其吸附容量。
較佳的，本發(fā)明潔凈劑具有介于60至200m2/g的比表面積。
較佳的，本發(fā)明潔凈劑包含20至80重量％的二氧化鈦及20至80重量％的該活性成份。更佳的，該潔凈劑包含20至65重量％的二氧化鈦，20至65重量％的該活性成份，及15至60重量％的三氧化二鋁。
較佳的，本發(fā)明潔凈劑的活性成份包含氧化銅及氧化鋅，其中氧化銅對氧化鋅的重量比介于1∶20至20∶1。以氧化銅對氧化鋅的重量比為約2∶1為更佳。
一適合用于制備本發(fā)明潔凈劑的方法包含下列步驟將具有比表面積介于55～300m2/g的中孔洞(mesoporous)二氧化鈦粒子浸于一溶解有銅離子、鋅離子及鋁離子的溶液中，加入一沉淀劑至該溶液中將銅離子、鋅離子及鋁離子以氫氧化物形式共沉淀于該二氧化鈦粒子，從該溶液中固液分離出該二氧化鈦粒子，及煅燒該二氧化鈦粒子。
本發(fā)明的中孔洞(mesoporous)二氧化鈦可使用溶膠凝膠法(Sol-gel)制備或是采用一商業(yè)上街獲得產(chǎn)品，例如日本Ishihara Sangyo Kaisha，LTD.，編號ST-01的光觸媒二氧化鈦。
本發(fā)明亦揭示一種通過化學(xué)吸附凈化有害氣體的方法，該有害氣體含至少一員選自硅烷、四氫化鍺、二硼烷、磷化氫與砷化氫與所組成的族群的氫化物氣體，包含使有害氣體接觸上述本發(fā)明的潔凈劑。
以下實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，熟習(xí)此項(xiàng)技藝者可由之更清楚知悉本發(fā)明的實(shí)施。但這些實(shí)施例不應(yīng)被視為對本發(fā)明范圍的限制。
具體實(shí)施例方式
比較例1稱取18.55克Cu(NO3)2.2.5H2O溶于1018ml蒸餾水中，11.15克Zn(NO3)2.6H2O溶于479ml蒸餾水中，及276.4克Al2(NO3)3.9H2O溶于262ml蒸餾水中，將上述三種水溶液混合后，以1M的Na2CO3水溶液滴定至pH＝6.8～7.0后，在80℃攪拌12小時(shí)，然后過濾，并以去離子水清洗3次，再過濾后所得的沉淀物在120℃烘干16小時(shí)，再以550℃鍛燒6小時(shí)，合成的吸附劑重量組成比為CuO∶ZnO∶Al2O3＝13.5∶6.5∶80。所得金屬氧化物粉末以200kg/cm2加壓造粒，再破碎篩選20～40網(wǎng)目(mesh)顆粒作為潔凈劑，經(jīng)測試潔凈劑的BET比表面積為114m2/g。凈化劑吸附容量測試由US5,182,088得知，硅烷(SiH4)為氫化物氣體中被吸附量較小者，故本發(fā)明的實(shí)施例及比較例皆以硅烷為測試氣體。
測試時(shí)以制備好的潔凈劑30ml充填于內(nèi)徑27毫米的不銹鋼測試腔中，充填長度相當(dāng)于52毫米。測試腔及系統(tǒng)管路先通以氮?dú)獍胄r(shí)后，再以每分鐘0.25標(biāo)準(zhǔn)公升的流量通入以氮?dú)庀♂尀?600ppm的硅烷，直至測試腔的出口端的硅烷濃度超過5ppm的臨限值。所通入的硅烷量即為潔凈劑吸附容量。氣體流量以質(zhì)量流量控制計(jì)(Mass Flow Controller)控制。測試腔的出口端氣體濃度則以FTIR進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。測試結(jié)果如表一所示。
實(shí)施例1重復(fù)比較例1的步驟以制備潔凈劑，但以18.55g Cu(NO3)2.2.5H2O溶于565ml蒸餾水中、11.15克Zn(NO3)2.6H2O溶于266ml蒸餾水、103.65克Al(NO3)3.9H2O溶于268ml蒸餾水中作為起始溶液，且在調(diào)整pH值之前，先將11.75克高表面積(161m2/g)的中孔洞二氧化鈦(一次粒徑為5-10nm)置入沉淀池中。該中孔洞二氧化鈦是采用溶膠凝膠法(Sol-gel)自行制備。本實(shí)施例所合成的吸附劑重量組成比為CuO∶ZnO∶Al2O3∶TiO2＝13.5∶6.5∶30∶50。所制得的潔凈劑經(jīng)BET法分析比表面積為75.6m2/g，以比較例1相同的測試條件進(jìn)行潔凈劑吸附容量測試，測試結(jié)果如表一所示。
實(shí)施例2重復(fù)實(shí)施例1的步驟以制備潔凈劑，但合成的吸附劑重量組成比為CuO∶ZnO∶Al2O3∶TiO2＝21.6∶10.4∶48∶20。所制得的潔凈劑經(jīng)BET法分析比表面積為120m2/g。以比較例1相同的測試條件進(jìn)行潔凈劑吸附容量測試，測試結(jié)果如表一所示。
表一

表一結(jié)果顯示，加入高比表面積的二氧化鈦的本發(fā)明實(shí)施例1的潔凈劑比含相同百分比活性成分的已知潔凈劑具有2倍以上的吸附容量。本發(fā)明實(shí)施例2的潔凈劑亦具有類同于實(shí)施例1的潔凈劑的吸附容量。
權(quán)利要求
1.一種用以化學(xué)吸附氫化物氣體的潔凈劑，該氫化物氣體選自硅烷、四氫化鍺、二硼烷、磷化氫與砷化氫所組成的族群，該潔凈劑包含至少一員選自銅、鋅、鎂及錳的氧化物所組成的族群的活性成份，及至少一員選自鋁、硅及鈦的氧化物所組成的族群的載體成份，其中該活性成份占潔凈劑的重量百分比例為10～90％，及其余為該載體成份，其特征是該載體成份包含二氧化鈦。
2.如權(quán)利要求1所述的潔凈劑，其中該潔凈劑具有介于60至200m2/g的比表面積。
3.如權(quán)利要求1或2所述的潔凈劑，其中該潔凈劑包含20至80重量％的二氧化鈦及20至80重量％的該活性成份。
4.如權(quán)利要求1或2所述的潔凈劑，其中該潔凈劑包含20至65重量％的二氧化鈦，20至65重量％的該活性成份，及15至60重量％的三氧化二鋁。
5.如權(quán)利要求4所述的潔凈劑，其中該活性成份包含氧化銅及氧化鋅，其中氧化銅對氧化鋅的重量比介于1∶20至20∶1。
6.如權(quán)利要求5所述的潔凈劑，其中氧化銅對氧化鋅的重量比為2∶1。
7.如權(quán)利要求4所述的潔凈劑，其是通過包含下列步驟的方法而加予制備將具有比表面積介于55～300m2/g的中孔洞二氧化鈦粒子浸于一溶解有銅離子、鋅離子及鋁離子的溶液中，加入一沉淀劑至該溶液中將銅離子、鋅離子及鋁離子以氫氧化物形式共沉淀于該二氧化鈦粒子，從該溶液中固液分離出該二氧化鈦粒子，及煅燒該二氧化鈦粒子。
8.一種通過化學(xué)吸附凈化有害氣體的方法該有害氣體含至少一員選自硅烷、四氫化鍺、二硼烷、磷化氫與砷化氫所組成的族群的氫化物氣體，包含使有害氣體接觸一潔凈劑，該潔凈劑包含至少一員選自銅、鋅、鎂及錳的氧化物所組成的族群的活性成份，及至少一員選自鋁、硅及鈦的氧化物所組成的族群的載體成份，其中該活性成份占潔凈劑的重量百分比例為10～90％，及其余為該載體成份，其特征在于該載體成份包含二氧化鈦。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該潔凈劑具有介于60至200m2/g的比表面積。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中該潔凈劑包含20至80重量％的二氧化鈦及20至80重量％的該活性成份。
11.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中該潔凈劑包含20至65重量％的二氧化鈦，20至65重量％的該活性成份，及15至60重量％的三氧化二鋁。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中該活性成份包含氧化銅及氧化鋅，其中氧化銅對氧化鋅的重量比介于1∶20至20∶1。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中氧化銅對氧化鋅的重量比為2∶1。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種用以化學(xué)吸附氫化物氣體的潔凈劑，尤其有關(guān)一種具有以二氧化鈦?zhàn)鳛檩d體的用于化學(xué)吸附氫化物氣體的潔凈劑。該潔凈劑為以共沉淀法制作，具有BET法比表面積至少為60m
文檔編號B01J20/08GK1565706SQ03147878
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者許榮男, 李壽南, 李秋煌, 黃建良, 姚品全 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院