一种脱除硫酸中双氧水的设备及方法与流程

1.本发明涉及一种废硫酸净化回收再利用的技术领域，特别涉及一种脱 除硫酸中双氧水的设备及方法，其中废硫酸经超重力装置高速旋转均匀分 布形成悬浮的小液滴，能得到充分的紫外光照射，双氧水分解反应后产生 的氧气由抽气装置立即抽离，避免被紫外光照射后与水接触再次形成双氧 水，而酸洗后的金属离子氧化成金属氧化物可经由过滤装置滤除，如此可 有效提升硫酸的纯度，达到回收再利用并重复使用及改善环保问题的目的。


背景技术：

2.目前晶圆的制程中，其中一道工序需要用到硫酸加双氧水进行晶圆表 面的加工处理。使用过的含双氧水的废硫酸，在后续的储藏、运送和使用 过程中，如果双氧水含量过高会突然间汽化可能会导致爆炸，为了避免发 生危险所以只能将使用过后的废硫酸中的双氧水含量降至很低；然而硫酸 为强酸性，去除双氧水相当困难，反应物需耐强酸。现行硫酸去除双氧水 是加入盐酸进行反应，其虽可去除双氧水，但是会产生三种副产物，其一 为氯离子，所以还需要达到氯离子残留标准不可高于10ppm。另一为产生 氯气，所以需要氯气处理设备。再一为放热反应造成温升，必须安装热交 换器将热排除。再者，为了控制氯离子残留符合标准，需要分次加入盐酸 进行反应，时间也拉长到需要4至6个小时。而氯气的部分，需要用到湿 式洗涤塔，还要加入液碱(naoh)，非常麻烦效率不佳，且设备成本高昂。 还有一定的残存量，且稳定度也不高。而其处理后的废硫酸也作为废弃物 处理掉。
3.目前工业上最有效的双氧水分解剂是来自动物的过氧化氢分解酶。从 牛肝得到的过氧化氢酶分解速率可以到达3.2x105s-1
。一些具有氧化催化能 力的金属触媒，如pt、pd、mn、co、fe等离子或金属氧化物，也都对双 氧水有不错的分解能力。在工业也常报导使用。
4.不过上述的双氧水分解剂都无法承受在硫酸质量浓度高达50％以上的 水溶液中，硫酸会破坏酶，也会溶解金属，造成触媒中的有效活性成分流 失。
5.new front.chem.(2014)volume 23,number 2,pp.99-110(issn 2393-2171；issn-l 2393-2171)west university of former:ann. west univ.timisoara
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series chem.issn:1224-9513「hydrogenperoxide photolysis with different uv light sourcesincluding a new uv-led light source」文献中有提到：「实验利 用紫外光(uv)分解双氧水，但低到一个程度后，双氧水无法持续被脱除， 这是因为产生的氧气被紫外光(uv)照射后形成臭氧，然后再和水反应形成 双氧水所致」。因此及时抽除氧气可将双氧水分解到更低的水平，如低于 1ppm或无检出。
6.因此，针对上述现有技术所存在的问题点，如何开发一种更具理想实 用性的创新结构，实消费者所殷切企盼，亦系相关业者须努力研发突破的 目标及方向。
7.有鉴于此，发明人本于多年从事相关产品的制造开发与设计经验，针 对上述的目标，详加设计与审慎评估后，终得本发明。


技术实现要素：

8.本发明的主要目的在于提供一种脱除硫酸中双氧水的设备及方法，其 中从设备中间经过液体分布器进入的废硫酸经超重力装置高速旋转下，使 废硫酸在离心力的作用下均匀分布形成悬浮的小液滴往外甩出；另由上往 下设一定子装置包含一以上紫外线灯管，使均匀分布形成悬浮的小液滴能 得到充分的紫外光照射，双氧水分解反应后产生的氧气由抽气装置立即抽 离，避免被紫外光照射后与水接触再次形成双氧水，而酸洗后的金属离子 氧化成金属氧化物，该氧化物因溶解度较低可透由过滤装置滤除，如此可 有效提升硫酸的纯度，达到回收再利用并重复使用及改善环保问题的目的。
9.为达上述目的，本发明提供一种脱除硫酸中双氧水的设备，包含有： 一超重力装置，设备具一密闭处理空间，所述密闭处理空间内由下往上设 有一转子装置，所述转子装置往外链接一动力源传动200rpm以上高速旋转， 所述转子装置设成数内筛板，所述内筛板设复数内筛板孔，且孔径在5mm 以下，所述密闭处理空间由上往下设有数定子装置，其中所述定子装置包 括一支以上的外罩石英玻璃的紫外线灯管；一废硫酸导入管，由上往下导 入至所述密闭处理空间内部的中心，所述废硫酸导入管底端设一液体分布 器，供废硫酸进入所述密闭处理空间内部；一抽气装置装设一抽气管路由 所述密闭处理空间上方连通至所述密闭处理空间内部；数净化硫酸输出管， 一端由所述密闭处理空间底部贯穿导通至所述密闭处理空间内部；以及一 过滤装置，装设至所述净化硫酸输出管上，所述过滤装置过滤掉废硫酸中 氧化的金属离子形成的金属氧化物，该氧化物因溶解度较低可过滤排除。
10.其中，优选的，所述紫外线灯管为波长400nm以下的uv紫外线灯管， 所述紫外线灯管设置数支，根据双氧水浓度来配合处理能量进行配置，至 少设置一层，每层至少一支所述紫外线灯管；其中层数及所述紫外线灯管 搭配以五层或十二支紫外线灯管为最佳。
11.其中，优选的，所述废硫酸导入管往外连接一流量计、一第一球形阀、 一第一泵浦及一废硫酸储槽。
12.其中，优选的，所述抽气装置包括所述抽气管路往外连接一气液分离 槽，所述气液分离槽再分别连接一抽风机及一第二泵浦，所述第二泵浦输 出侧装设一第一控制阀，一第一控制器控制所述第一控制阀，所述第一控 制器装设至所述气液分离槽处，来侦测液体水位作为开启所述第一控制阀 的依据，所述第一控制阀输出侧连接至所述废硫酸储槽。
13.其中，优选的，所述净化硫酸输出管往外连接一液体出料暂存槽，所 述液体出料暂存槽再连接一第三泵浦，所述第三泵浦输出端再接所述过滤 装置，所述过滤装置再接至所述废硫酸储槽或一第二控制阀，一第二控制 器装设至所述液体出料暂存槽并联机控制所述第二控制阀，以其双氧水无 检测出时来开启所述第二控制阀进行净化硫酸输出。
14.其中，优选的，所述动力源为一变速马达。
15.其中，优选的，所述紫外线灯管为外罩石英玻璃的紫外线灯管。
16.为达上述目的，本发明还提供一种脱除硫酸中双氧水的方法，包括： 废硫酸液注入至设有一支以上紫外线灯管的超重力装置密闭处理空间中； 在超重力装置高速旋转下，使废硫酸均匀分布形成悬浮的小液滴；另由上 往下设一定子装置包含一支以上紫外线灯管，使均匀分布形成悬浮的小液 滴能得到充分的灯光照射，反应后产生的氧气由抽气装置立即抽离，避免 被紫外光照射后与水接触再次形成双氧水，而酸洗后的金属离子氧化成金 属氧化物，该氧化物因溶解度较低可经由过滤装置滤除，如此可有效提升 硫酸的纯度，使
双氧水除到低于1ppm或无检出，达到回收再利用并重复使 用及改善环保问题的目的。
17.具体的，一种脱除硫酸中双氧水的方法，包括：步骤一：废硫酸液注 入至设有一支以上紫外线灯管的超重力装置密闭处理空间中；
18.步骤二：超重力装置高速旋转使废硫酸均匀分布形成悬浮的小液滴；
19.步骤三：悬浮的小液滴充分经紫外光照射进行反应，双氧水分解反应 过程中产生的氧气通过抽气装置立即抽离，避免氧气被紫外光照射后产生 臭氧，臭氧与水接触再次形成双氧水；
20.步骤四：部分氧气在紫外光照射下与金属离子反应产生金属氧化物， 因氧化物溶解度较低，藉由过滤装置将金属氧化物过滤排除；
21.步骤五：去除双氧水净化后的硫酸液体由净化硫酸输出管输出回收再 利用。
22.其中，优选的，所述步骤一、所述步骤二、所述步骤三、所述步骤四 同时进行。
23.其中，优选的，所述紫外线灯管为波长400nm以下的uv紫外线灯管。
24.其中，优选的，废硫酸液中双氧水约为5％。
25.有关本发明所采用的技术、手段及其功效，兹举一较佳实施例并配合 图式详细说明于后，相信本发明上述的目的、构造及特征，当可由此得到 深入而具体的了解。
附图说明
26.图1为本发明其一实施例的制程流程图；
27.图2为本发明其一实施例的超重力装置立体分解示意图；
28.图3为本发明其一实施例的超重力装置平面剖示图；
29.图4为本发明其一实施例的脱除硫酸中双氧水的方法方块图。
30.符号说明：
31.10 超重力装置
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11 密闭处理空间12 转子装置
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13 动力源14 定子装置
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141 紫外线灯管21 废硫酸导入管
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211 液体分布器22 流量计
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23
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第一球形阀24 第一泵浦
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25
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废硫酸储槽30 抽气装置
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31
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抽气管路32 气液分离槽
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33
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抽风机34 第二泵浦
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35
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第一控制阀36 第一控制器
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41
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净化硫酸输出管42 液体出料暂存槽 43
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第三泵浦44 第二控制阀
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45
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第二控制器50 过滤装置
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a1
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步骤一a2 步骤二
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a3
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步骤三a4 步骤四
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a5
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步骤五
具体实施方式
32.本发明提供了一种脱除硫酸中双氧水的设备及方法。
33.为使本领域技术人员对本发明的目的、特征及功效能够有更进一步的 了解与认识，兹配合实施方式及图式详述如后：
34.参阅图1-3所示，本发明提供一种脱除硫酸中双氧水的设备，包含有：
35.一超重力装置10，设具一密闭处理空间11，所述密闭处理空间11内 由下往上设有一转子装置12，所述转子装置12往外链接一动力源13传动 200rpm以上高速旋转，所述转子装置12设成数内筛板，所述内筛板设复数 内筛板孔，且孔径在5mm以下，所述密闭处理空间11由上往下设有数定 子装置14，其中所述定子装置14包括一支以上的紫外线灯管141；
36.一废硫酸导入管21，由上往下导入至所述密闭处理空间11内部的中心， 所述废硫酸导入管21底端设一液体分布器211，供废硫酸进入所述密闭处 理空间11内部；
37.一抽气装置30装设一抽气管路31由所述密闭处理空间11上方连通至 所述密闭处理空间11内部；
38.数净化硫酸输出管41，一端由所述密闭处理空间11底部贯穿导通至所 述密闭处理空间11内部；以及
39.一过滤装置50，装设至所述净化硫酸输出管41上，所述过滤装置50 过滤掉废硫酸中因氧化的金属离子形成的金属氧化物，氧化物因溶解度较 低可经过滤排除。
40.所述的一种脱除硫酸中双氧水的设备，其中所述紫外线灯管141可为 波长400nm以下的uv紫外线灯管，所述紫外线灯管141可设置数支，根 据双氧水浓度来配合处理能量进行配置，至少设置一层，每层至少一支所 述紫外线灯管141。其中层数及uv紫外线灯管搭配以五层或十二支紫外线 灯管141为最佳。
41.所述的一种脱除硫酸中双氧水的设备，其中所述废硫酸导入管21往外 连接一流量计22、一第一球形阀23、一第一泵浦24及一废硫酸储槽25。
42.所述的一种脱除硫酸中双氧水的设备，其中所述抽气装置30包括所述 抽气管路31往外连接一气液分离槽32，所述气液分离槽32再分别连接一 抽风机33及一第二泵浦34，所述第二泵浦34输出侧装设一第一控制阀35， 一第一控制器36控制所述第一控制阀35，所述第一控制器36装设至所述 气液分离槽32处，侦测液体水位作为开启所述第一控制阀35的依据，所 述第一控制阀35输出侧连接至所述废硫酸储槽25。
43.所述的一种脱除硫酸中双氧水的设备，其中所述净化硫酸输出管41往 外连接一液体出料暂存槽42，所述液体出料暂存槽42再连接一第三泵浦 43，所述第三泵浦43输出端再接所述过滤装置50，所述过滤装置50再接 至所述废硫酸储槽25或一第二控制阀44，一第二控制器45装设至所述液 体出料暂存槽42并联机控制所述第二控制阀44，以其双氧水检测低于1ppm 或无检测出时开启所述第二控制阀44进行净化硫酸输出。
44.所述的一种脱除硫酸中双氧水的设备，其中所述动力源13可为一变速 马达。
45.所述的一种脱除硫酸中双氧水的设备，其中所述紫外线灯管141可为 外罩石英玻璃的紫外线灯管。
46.参阅图4所示，废硫酸液的双氧水含量约为5％，本发明提供一种脱除 硫酸中双氧水的方法，包含有：
47.步骤一(a1)：废硫酸液注入至设有一以上紫外线灯管141的超重力装置 10密闭处
理空间11中；
48.步骤二(a2)：超重力装置10高速旋转使废硫酸均匀分布形成悬浮的小 液滴；
49.步骤三(a3)：悬浮的小液滴充分经紫外光照射进行反应，反应过程中产 生的氧气通过抽气装置30立即抽离，可避免氧又再与紫外光反应产生臭氧， 臭氧与水反应而再次产生双氧水；
50.步骤四(a4)：部分氧气可与金属离子反应产生金属氧化物，氧化物因溶 解度较低，可藉由过滤装置50将金属氧化物过滤排除；
51.步骤五(a5)：去除双氧水净化后的硫酸液体由净化硫酸输出管41输出 回收再利用。
52.所述的脱除硫酸中双氧水的方法，其中所述步骤一(a1)、所述步骤二 (a2)、所述步骤三(a3)、所述步骤四(a4)可同时进行。
53.所述的脱除硫酸中双氧水的方法，其中所述紫外线灯管141可为波长400nm以下的uv紫外线灯管141。
54.参阅图1-4所示，废硫酸液的双氧水含量约为5％，超重力装置10在 高速旋转下，使废硫酸均匀分布形成悬浮的小液滴，由于液层变薄透过紫 外光照射可完全照射到废硫酸液中的双氧水(h2o2)，促使双氧水(h2o2)迅速 分解，双氧水(h2o2)分解产生后的氧气(o2)，可藉由抽气装置30立即抽除， 避免产生因紫外光照射后产生的臭氧，再与水反应形成双氧水(h2o2)，且部 分氧气(o2)可与金属离子反应产生金属氧化物，氧化物因溶解度较低可藉由 过滤装置50将金属氧化物过滤排除。双氧水除到低于1ppm或无检出。
55.双氧水在紫外光照射的环境进行分解反应中，是根据下式的反应式：
56.2h2o2+hv
→
[4
·
oh]
→
2h2o+o2[0057]
详细的反应式为：
[0058]
起始反应：
[0059]
h2o2+hv
→
2.oh
[0060]
传播反应：
[0061]
·
oh+h2o2/ho
2-→
·
ooh/o2+h2o
[0062]
·
ooh+h2o2→
h2o+
·
oh+o2[0063]
终止反应：
[0064]2·
ooh
→
h2o+o2[0065]
副反应：
[0066]
·
ooh+o2·-+h2o
→
h2o2+o2+oh-[0067]
上述反应中，o2的产生会因同时被紫外光照射产生o2·-，而再逆反应 形成h2o2，致使无法将过氧化氢完全除掉。关键点在于o2的彻底去除，可 使过氧化氢浓度降到低于1ppm或无法检出。传统习知的紫外光照射方式是， 紫外线灯管浸置在废硫酸液体中，在这种环境中，废硫酸液体无动能，o2无法被有效的去除。
[0068]
由其上述可知，本发明的一种脱除硫酸中双氧水的设备及方法，反应 过程不需加入盐酸，废硫酸处理只要利用本发明让超重力装置产生高速旋 转，使废硫酸均匀分布形成悬浮的小液滴；另由上往下设一定子装置包含 一以上紫外线灯管，使均匀分布形成悬浮的小液滴能得到充分的紫外光照 射，反应后产生的氧气由抽气装置立即抽离，避免再被紫外
光照射后与水 接触再次形成双氧水，而酸洗后的金属离子氧化成金属氧化物，因氧化物 溶解度较低，可经由过滤装置滤除，如此可有效提升硫酸的纯度，达到回 收再利用并重复使用及改善环保问题的目的。
[0069]
前文是针对本发明的较佳实施例为本发明的技术特征进行具体的说明； 但，本领域技术人员可在不脱离本发明的精神与原则下对本发明进行变更 与修改，而该等变更与修改，皆应涵盖于如下申请专利范围所界定的范畴 中。