专利名称：多通道式化学滤材的制作方法
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3S02+2KMn04+4K0H — 3K2S04+2Mn02+2H20Mn02+S02+2K0H — K2S04+Mn0+H20Μη0+02 —2Mn02硫化氢去除反应机制3H2S+2KMn04 — 3S+2Mn02+2K0H+2H20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(3000H!·—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KMn04、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KMn04、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。
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。
具体实施例方式首先，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. OOOlppm至IOOppm(0. IPPb 至lOOOOOPPb)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. OOlppm至IOOppm(IPin3至IOOOPPb)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) (KMn04+K0H) /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°C烘干，可得样品5；34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°C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°C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IOOg加入92. 4ml水后充分搅拌并升温至50°C，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°C干燥后以400°C烧结2小时，可得5% Ag/沸石多孔道蜂巢状吸附单体。(e) CuAl2O3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°C，4hr)后取出，置于干燥皿中待冷却，秤重所需的样品(Wl)。(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)将测试管装至吸附系统上，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)/W1X100%计算吸附量吸附量wt % (g DMS/g吸附剂)= C X 10-6 X 流量(L/min) XtX 62/24. 5/ffl X 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
权利要求
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KMn04、 Cu-EDTA、Ag 或 Cu。
全文摘要
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。
文档编号B01J20/08GK102233262SQ20101015336
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者张丰堂 申请人:张丰堂, 杰智环境科技股份有限公司