專利名稱：：低濃度有機化合物的氣體凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是揭示一種用以處理低濃度有機化合物的氣體凈化方法，特別是關(guān)于一種針對包含有以下惡臭化合物例如二甲基硫(DMS)、二曱基二硫(DMDS)、硫化氫(H2S)等硫化物及甲醛、醋酸、異丙醇、丙酮等惡臭化合物的氣體凈化方法。而本發(fā)明主要是用于增加催化劑效率、延長催化劑壽命且適用于凈化處理高風(fēng)量低濃度的芯片制造、光電面板制造業(yè)等無塵室空氣凈化或其排放廢氣的凈化用途，同時適用于一般廢水廠、涂裝印刷業(yè)及相關(guān)化工業(yè)等空氣凈化之用。
背景技術(shù)：
：近來，國際間對于環(huán)保議題及工業(yè)安全衛(wèi)生及高科技廠潔凈室分子污染物凈化的日益重視，考慮工業(yè)廢氣對環(huán)境及勞工以至于一般大眾身體產(chǎn)生的危害，對于工業(yè)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，國內(nèi)外法規(guī)都已制定出相關(guān)的濃度及臭味的排放標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，近來高科技廠的高階制程對于含硫化合物及低沸點有機化合物等難處理的分子污染物，在外氣引入潔凈室前的凈化程度要求愈為嚴(yán)苛。例如在半導(dǎo)體芯片制造廠及TFT-LCD面板光電制造業(yè)面板制程中，去光阻程序(strippingprocess)所使用的去光阻剝離液(stripper)主要成分為高沸點且?guī)缀跬耆苡谒挠袡C化合物，包括單乙醇胺(MEA)、二曱基亞砜(DMSO)以及乙二醇單丁醚(BDG)等。而在去光阻制程中，去光阻劑中的二曱基亞砜雖然是一種高沸點水溶性而且揮發(fā)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曱基硫(dimethylsulfide,DMS)和二曱基二硫(dimethyldisulfide,DMDS)的氣態(tài)污染物。然而，以傳統(tǒng)吸附法、冷凝法及吸收法并無法完全去除低沸點及低會溶性的二曱基硫與二甲基二硫，而且其在低濃度下即會產(chǎn)生惡臭，極易影響廠房周圍生活環(huán)境而引發(fā)民眾抗議，同時也影響到廠房周圍其它高科技廣高階制程的產(chǎn)品合格率。法及其混合法。物理方法是將空氣通過采用吸收、吸附、分離等物理步驟的凈化設(shè)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。常用的化學(xué)方法有熱氧化法和催化燃燒法等。國內(nèi)目前最常采用的凈化設(shè)備是以抽風(fēng)與筒易濾網(wǎng)或一般吸附或水洗洗滌處理，此傳統(tǒng)設(shè)備及方法是無法有效凈化如二曱基硫與二曱基二硫等含硫化合物的氣體，是造成空氣污染臭味的主因；同時，也是造成被污染的外氣導(dǎo)引進(jìn)入如半導(dǎo)體芯片制造廠及TFT-LCD面板光電制造廠等高階制程潔凈室，影響產(chǎn)品合格率的分子污染物主要來源之一。此外，尚有運用催化劑催化法來凈化處理空氣中含疏化合物氣體，催化劑催化法的優(yōu)點為含硫化合物的脫除效率高、反應(yīng)溫度低、能源消耗低及避免生成二次污染物等，是一種環(huán)境友好的催化凈化技術(shù)。然而，此項技術(shù)目前最需要突破的是開發(fā)低溫氧化催化劑，由于低濃度有機化合物的處理效率不佳，所以開發(fā)的催化劑必需具有以下特點1、具低溫氧化活性的納米催化劑負(fù)載技術(shù)利用納米催化劑特有的催化特性，小晶粒催化劑載體粒徑小、孔道短、晶內(nèi)擴(kuò)散阻力小、暴露在外的原子多(高30%)、含有眾多的晶間隙(二次孔洞)、具有較強的吸附能力，對于大分子或液相反應(yīng)有利。反應(yīng)物與產(chǎn)物能于多孔性催化劑載體孔洞快速擴(kuò)散，減少阻塞或積碳，而降低催化劑的失活速率，延長催化劑壽命。2、具中孔洞特性的吸附/催化基材合成技術(shù)利用中孔洞的高表面積與孔洞特性，提高含硫化合物的吸附去除效率，由于孔容積和孔隙率均提高，預(yù)估可增加三成的吸附量，且因晶間空隙增大可吸附較大分子，總體催化劑效率可提升30%以上。3、提升氧化活性的助劑輔助技術(shù)無論吸附劑或催化劑，均會隨使用時間而呈現(xiàn)部分覆蓋的現(xiàn)象，設(shè)計以低電壓激發(fā)系統(tǒng)中的氧氣或水氣使產(chǎn)生具較高氧化活性的氧化助劑，如CV、O口、HO口、03等，加速催化劑表面的氧化還原循環(huán)進(jìn)行，加速催化劑表面污染物的降解，以達(dá)到降低積碳的目的，預(yù)計可大幅提升催化劑的壽命。
發(fā)明內(nèi)容為了改善上述公知技術(shù)所面臨的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種低濃度有機化合物的氣體凈化方法，其包含至少一個催化劑吸附單元，其以并聯(lián)及/或串聯(lián)設(shè)置；及一臭氧產(chǎn)生單元，其可提供臭氧于該催化劑吸附單元，作為加強催化劑吸附功能或低溫氧化還原或分解反應(yīng)之用。本發(fā)明的空氣中低濃度有機化合物的氣體凈化濾材裝置中，可包含一多個催化劑吸附單元，其中該催化劑吸附單元型式可為固定床式、轉(zhuǎn)輪式、轉(zhuǎn)塔式或流體化床式；各催化劑吸附單元可同時進(jìn)行吸附反應(yīng)或催化劑氧化還原或分解反應(yīng)；或者是，該吸附催化劑單元可部分進(jìn)行吸附反應(yīng)，同時部分進(jìn)行催化劑氧化還原或分解反應(yīng)。此外，本發(fā)明提供一種低濃度有機化合物的氣體凈化方法，其包含下列步驟(1)提供一種空氣中低濃度有機化合物的氣體凈化濾材，其中該催化劑吸附單元中充填有催化劑吸附材；(2)所欲處理的含低濃度有機化合物的空氣導(dǎo)入該裝置，使充填催化劑吸附材的催化劑吸附單元進(jìn)一步進(jìn)行化學(xué)'1"生吸附反應(yīng)，同時排出經(jīng)吸附后的干凈氣流；(3)選擇開啟及/或關(guān)閉相關(guān)閥組，選擇是否導(dǎo)入臭氧產(chǎn)生單元所產(chǎn)生的臭氧，使充填催化劑吸附材的催化劑吸附單元，進(jìn)一步進(jìn)行化學(xué)性吸附反應(yīng)及低溫氧化還原或分解反應(yīng)，同時排出經(jīng)吸附后的干凈氣流；(4)開啟及/或關(guān)閉相關(guān)閥組，將已吸附飽和的催化劑吸附材導(dǎo)入一水氣或蒸氣產(chǎn)生單元產(chǎn)生的水氣或蒸氣，以進(jìn)一步進(jìn)行催化劑吸附材的活化再生或更換。其中步驟(2)及(3)中的化學(xué)反應(yīng)式以低濃度有機惡臭化合物DMS的有機廢氣為例a、單獨化學(xué)性吸附Ma++DMS+Ma+—S(CH3)2;或者b、線上臭氧加強氧化反應(yīng)Ma++DMS+Ma+—S(CH3)2;Ma+--S(CH3)2+03+Ma++DMSO(吸附性)十02;Ma+—S(CH3)2+203+Ma++DMSOO(吸附性)十202;Ma+--S(CH3)2+303+Ma++S02亇+2C02+3H20。本發(fā)明的空氣中低濃度有機化合物的氣體凈化方法中，該裝置可包含一多個催化劑吸附單元，其是可同時進(jìn)行步驟(2)或及(3);或者是，該等多個催化劑吸附單元可部分進(jìn)行步驟(2)，并同時部分進(jìn)行步驟(3)。本發(fā)明的空氣中低濃度有機化合物的氣體凈化方法中，該催化劑吸附材是由催化劑載體與催化劑組成，其中該催化劑載體是選自活性碳、沸石、氧化鋁、其它多孔性物質(zhì)或其混合物；該催化劑的活性部分為惰性金屬第一類(N-orbit)金屬，其是選自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Pb或Zn,其較佳是選自Cu;而催化劑吸附材成形的形狀并無特別限制，較佳可為圓柱狀、顆粒狀、真球狀、蜂巢狀、多層次堆棧狀或發(fā)泡狀等形式。本發(fā)明另一目的在提供一種用于上述空氣中低濃度有機化合物的氣體凈化裝置與方法的催化劑吸附材，其是由催化劑載體與催化劑組成，其中該催化劑載體是選自活性碳、沸石、氧化鋁、其它多孔性物質(zhì)或其混合物；該催化劑的活性部分為N-orbit金屬，其是選自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Pb或Zn,其較佳是選自Cu;而催化劑吸附材成形的形狀并無特別限制，較佳可為圓柱狀、顆粒狀、真球狀、蜂巢狀、多層次堆棧狀或發(fā)泡狀等形式。根據(jù)本發(fā)明的催化劑吸附材，其可進(jìn)行化學(xué)性吸附并可化學(xué)性再生還原。例如以低濃度有機惡臭化合物DMS的有機廢氣為例，在單獨進(jìn)行化學(xué)性吸附時的機制Ma++DMS^Ma+—S(CH3)2線上以臭氧加強氧化的機制(其可延長吸附劑的壽命)Ma++DMS+Ma+—S(CH3)2Ma+—S(CH3)2+03+Ma++DMSO(吸附性)+02Ma十--S(CH3)2+203+Ma++DMSOO(吸附性)十202Ma+--S(CH3)2+303+Ma++S02個+2C02+3H20因此本發(fā)明的催化劑吸附材可搭配所設(shè)計的裝置使用，吸附后的催化劑吸附材可取出以其它裝置化學(xué)性再生還原，或者是于線上直接化學(xué)性再生還原。下列實施例是僅為用以說明本發(fā)明，而不應(yīng)解讀為限制本發(fā)明的范疇。應(yīng)注意的是，舉凡與該等實施例等效的變化與置換，諸如對于熟知此項技藝者顯而易見且為合理者，可于不脫離本發(fā)明的范疇下進(jìn)行者，均應(yīng)理解為涵蓋于本發(fā)明的范疇之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以下文的申請專利范圍所界定者為準(zhǔn)。圖1為本發(fā)明的空氣中低濃度有機化合物的氣體凈化裝置較佳具體例的示意圖。其中的組件符號簡單說明11催化劑吸附單元20臭氧產(chǎn)生單元30風(fēng)機31低濃度有機氣體入口32氣體出口41閥111催化劑吸附材圖2脫附尾氣分析質(zhì)譜圖，其是為進(jìn)行脫附實時線上質(zhì)譜(Mass)分析的結(jié)果。具體實施方式化學(xué)吸附劑合成化學(xué)吸附劑1將含結(jié)晶水的硝酸銅50克加入500毫升水后，充分?jǐn)嚢柚料跛徙~完全溶解，將硝酸銅溶液250毫升倒入含有200克活性碳的圓形瓶中，以旋轉(zhuǎn)揮發(fā)儀將水分去除后，再加入剩下的250毫升硝酸銅溶液，再以旋轉(zhuǎn)揮發(fā)儀將水分去除，將樣品以12(TC烘干，可得樣品248.5克。化學(xué)吸附劑2將含結(jié)晶水的硝酸銅50克加入500毫升水后，充分?jǐn)嚢柚料跛徙~完全溶解，將硝酸銅溶液250毫升倒入含有200克Y型沸石的圓形并瓦中，以旋轉(zhuǎn)揮發(fā)儀將水分去除后，再加入剩下的250毫升硝酸銅溶液，再以旋轉(zhuǎn)揮發(fā)儀將水分去除，將樣品以120。C烘干，可得樣品248克。化學(xué)吸附劑3將高錳酸鉀79克加入1000毫升水后，充分?jǐn)嚢柚粮咤i酸鉀完全溶解，將該溶液1000毫升倒入含有500克活性碳中，并使其充分混合，靜置1小時后，將樣品以12(TC烘干，可得樣品534克。化學(xué)吸附劑4將含高濃度的硝酸銀水溶液80毫升倒入含有200克Y型沸石的圓形瓶中，在2560。C左右進(jìn)行離子交換程序，接著以蒸餾水進(jìn)行清洗，再將樣品以70~120。C烘干并經(jīng)400。C左右燒結(jié)，可得樣品278克。實施例1圖1為本發(fā)明的空氣中低濃度有機化合物的氣體凈化裝置較佳具體例的示意圖。該裝置包含催化劑吸附單元11,其中充填有催化劑吸附材111,且其是由催化劑載體與催化劑組成，而該催化劑載體是選自活性碳、沸石、氧化鋁、其它多孔性物質(zhì)或其混合物；該催化劑的活性部分為N-orbit金屬，其是選自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Pb或Zn;且其并聯(lián)設(shè)置一風(fēng)機30,該風(fēng)機是設(shè)置于催化劑吸附單元11的上游或下游端，其是可抽送所欲處理的空氣經(jīng)過催化劑吸附材111至該催化劑吸附單元11;一控制閥41，其是可控制臭氧是否需要進(jìn)入催化劑吸附單元11及催化劑吸附材lll;及一臭氧產(chǎn)生單元20,其可提供臭氧于該催化劑吸附單元11及催化劑吸附材111,作為加強催化劑吸附功能、低溫氧化還原或分解反應(yīng)之用。而吸附完成的催化劑吸附材可取出再以活化還原處理，另充填新品于催化劑吸附單元11。實施例2使用如實施例1所述的裝置，開啟風(fēng)機30、關(guān)閉閥41，經(jīng)由風(fēng)機30單元11及催化劑吸附材111,進(jìn)行化學(xué)性吸附反應(yīng)，吸附后的干凈氣體流經(jīng)一氣體出口32排出。同時可以選擇開啟閥41，導(dǎo)入臭氧產(chǎn)生單元20所產(chǎn)生的臭氧并調(diào)節(jié)臭氧供應(yīng)或產(chǎn)生的濃度，使先前已進(jìn)行化學(xué)性吸附的催化劑吸附單元11內(nèi)的催化劑吸附材111可同時進(jìn)行低溫氧化還原或及分解反應(yīng)，以延長催化劑吸附單元11內(nèi)部所充填的催化劑吸附材111的使用壽命及其處理效率，而所產(chǎn)生的結(jié)凈氣體氣由該氣體出口32排出。在催化劑吸附單元11內(nèi)部所充填的催化劑吸附材111吸附飽和后，實施例3-5為分別以難處理的低濃度有^l^惡臭化合物DMS、DMDS及H2S作為含難處理的低濃度有機化合物的氣體，測試本發(fā)明裝置所充填的催化劑吸附材的處理效能，實施例3、4所使用的催化劑吸附材組成為吸附劑1、2、3,而實施例5所使用的催化劑吸附材組成為吸附劑4，各組實施例結(jié)果如下表l、2、3、4所示。同時，于進(jìn)行實施例3-4低濃度DMS及DMDS有機硫化合物的氣體凈化處理后的吸附劑，進(jìn)行高溫脫附實時線上尾氣質(zhì)譜分析，其結(jié)果如圖2所示，從圖2的脫附尾氣分析質(zhì)譜可見，在脫附進(jìn)行過程的尾氣中，確實有大量的DMSO及DMSOO存在。表1、以DMS測試充填催化劑吸附材處理效能的結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>由上表中可見，當(dāng)于輸入高濃度的DMS(900、3,600、15,000、1,800ppb)時，加入臭氧后的去除效率達(dá)98%以上，且具長時效的催化劑壽命；而于低濃度的DMS(150、30ppb)時，可發(fā)現(xiàn)在有供給臭氧時，去除效率皆在97%以上，而在未添加臭氧情形，去除效率〗叉分別大于90%及80%,更明顯可見添加臭氧對去除效率的影響，且于低濃度下，添加臭氧可有效提升催化劑壽命大于八倍之多(8600:1080)。表2、以DMDS測試充填催化劑吸附材處理效能的結(jié)果催化劑線速度(m/s)DMDS入口濃度(ppb)DMDS出口濃度(ppb)去除效率(%)催化劑壽命(hrs)(效率>95%)臭氧加入濃度(ppm)臭氧出口濃度(PPm)0.5卯0899.1%>38606.8ppm<0.10.53,6001299.7%〉16806.8ppm<0.111,8001599.2%〉16803.4ppm<0.1由上表中可見，不論輸入濃度多少的DMS(900、3,600、1,800ppb),加入臭氧后的去除效率皆達(dá)99%以上，且具長時效的催化劑壽命。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>由上表中可見，不論輸入濃度多少的DMS(50、1,500ppb),無加入臭氧下單獨進(jìn)行化學(xué)性吸附的去除效率皆達(dá)90%以上，且具長時效的催化劑壽命。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>由上表中可見，不論輸入濃度多少的H2S(900、3，600、1,800ppb),加入臭氧后的去除效率皆達(dá)98。/。以上，且具長時效的催化劑壽命。產(chǎn)業(yè)可利用性劑吸附材可處理含惡臭化合物的氣體，例如二甲基硫(DMS)、二曱基二硫(DMDS)、硫化氬(H2S)等硫化物及曱醛、醋酸、異丙醇、丙酮等含惡臭化合物的碳?xì)浠衔?，可解決傳統(tǒng)處理裝置不能或不適處理某些低濃度有機化合物的氣體的問題，并可增加催化劑效率，延長催化劑壽命，為相當(dāng)符合環(huán)保及能源需求的優(yōu)良技術(shù)，值得應(yīng)用于高風(fēng)量低濃度排放的高科技芯片制造、光電面板制造業(yè)、涂裝印刷業(yè)及相關(guān)化工業(yè)；同時亦可應(yīng)用于高科技芯片制造、光電面板制造業(yè)潔凈室潔凈空氣凈化含硫化合物及碳?xì)浠衔锏目諝夥肿游⑽廴疚顰MC凈化之用。權(quán)利要求1.一種低濃度有機化合物的氣體凈化方法，其包含下列步驟(a)提供一種低濃度有機化合物的氣體凈化濾材裝置，其包含一催化劑吸附單元，且該催化劑吸附單元中充填一催化劑吸附材；(b)所欲處理的低濃度有機化合物的空氣導(dǎo)入該裝置，使充填該催化劑吸附材的催化劑吸附單元進(jìn)一步進(jìn)行化學(xué)性吸附反應(yīng)，同時排出經(jīng)吸附后的干凈氣流；(c)選擇開啟及/或關(guān)閉相關(guān)閥組，選擇是否導(dǎo)入臭氧產(chǎn)生單元所產(chǎn)生的臭氧，使充填該催化劑吸附材的催化劑吸附單元進(jìn)一步進(jìn)行化學(xué)性吸附反應(yīng)及低溫氧化還原或分解反應(yīng)，同時排出經(jīng)吸附后的干凈氣流。2.如權(quán)利要求1所述的低濃度有機化合物的氣體凈化方法，其特征在于所述步驟(2)及(3)中處理DMS的化學(xué)反應(yīng)式為(a)單獨進(jìn)行化學(xué)性吸附Ma++DMS+Ma+—S(CH3)2;(b)線上以臭氧加強氧化Ma++DMS+Ma+—S(CH3)2;Ma+--S(CH3)2+03+Ma++DMSO(吸附性)+02;Ma+—S(CH3)2+203+Ma++DMSOO(吸附性)十202;Ma+—S(CH3)2+303+Ma++S02亇+2C02+3H20。3.如權(quán)利要求1或2所述的低濃度有機化合物的氣體凈化方法，其特征在于其進(jìn)一步包含步驟(4):是以開啟及/或關(guān)閉相關(guān)閥組，將已吸附飽和的催化劑吸附材導(dǎo)入一水氣或蒸氣產(chǎn)生單元產(chǎn)生的水氣或蒸氣，以進(jìn)一步進(jìn)行催化劑吸附材的活化再生或更換。4.如權(quán)利要求3所述的低濃度有機化合物的氣體凈化方法，其特征在于其進(jìn)一步包含步驟(5):是設(shè)置一空氣凈化處理設(shè)備以終處理步驟(3)所生成的新污染物。5.如權(quán)利要求1或2所述的低濃度有機化合物的氣體凈化方法，其特征在于所述至少一個催化劑吸附單元可同時進(jìn)行步驟(2)或步驟(3);其中該催化劑吸附單元亦可部分進(jìn)行步驟(2),同時部分進(jìn)行步驟(3)。6.如權(quán)利要求1或2所述的低濃度有機化合物的氣體凈化方法，其特征在于所述臭氧產(chǎn)生單元可為線上產(chǎn)生臭氧，亦可為線外產(chǎn)生臭氧或空氣中所含的臭氧來供應(yīng)。7.如權(quán)利要求1或2所述的低濃度有機化合物的氣體凈化方法，其特征在于所述催化劑吸附材是由催化劑載體與催化劑組成。8.如權(quán)利要求8所述的低濃度有機化合物的氣體凈化方法，其特征在于所述催化劑載體是選自活性碳、沸石、氧化鋁、其它多孔性物質(zhì)或其混合物。9.如權(quán)利要求8所述的低濃度有機化合物的氣體凈化方法，其特征在于所述催化劑吸附材成形形狀可為圓柱狀、顆粒狀、真球狀、蜂巢狀或多層次堆棧狀或發(fā)泡狀。10.如權(quán)利要求8所述的低濃度有機化合物的氣體凈化方法，其特征在于所述催化劑的活性部分為過渡金屬第一類，其是選自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Pb或Zn。全文摘要本發(fā)明揭示一種用以處理低濃度有機化合物的氣體凈化方法，特別是關(guān)于一種針對包含以下惡臭化合物如二甲基硫(DMS)、二甲基二硫(DMDS)、硫化氫(H₂S)等硫化物及甲醛、醋酸、異丙醇、丙酮等惡臭化合物的氣體凈化方法。該方法包含至少一個催化劑吸附單元，其以并聯(lián)及/或串聯(lián)設(shè)置；及/或一臭氧產(chǎn)生單元，其可提供臭氧于該催化劑吸附單元，作為加強催化劑吸附功能、低溫氧化還原或分解反應(yīng)成較易處理或無害的成份，以大幅提升催化劑吸附材的處理效率及使用壽命之用。文檔編號B01J35/00GK101391177SQ20071015219公開日2009年3月25日申請日期2007年9月18日優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日發(fā)明者張豐堂,張智能申請人:杰智環(huán)境科技股份有限公司