专利名称：可再生折叠过滤介质的制作方法
可再生折叠过滤介质
背景技术：
在涉及洁净室和微电子工业的领域中，通过分子过滤器和过滤器元件来实现对于酸、碱、可凝结物、掺杂剂、氧化剂和挥发性有机化合物(VOC)形式的空传(airborne)分子污染物(AMC)的移除。AMC可导致工艺晶片、电路板、工具、设备等的腐蚀。AMC还可导致掺杂错误、成核错误、光刻工艺相关缺陷，晶片、光学器件、透镜的起雾以及可导致生产中的产率损失或生产设备受损的许多其它问题。可选择使用多种过滤技术，但是它们通常可被分为5种构造。吸附剂粉末浆料涂布的非织造织物是廉价的并具有低压降，但是由于吸附剂存在量少以及大部分吸附剂被粘合剂覆盖而导致其吸附性能差。该类型通常并不适合洁净室应用。块状吸附剂堆积床和板可能是最公知的并且可得到宽范围的性价比组合。它们通常是大且重的系统，进行改变需要大量劳力，但是对于具有相对高的污染水平或在必须长时间维持高过滤效率时的应用特别有效。但是，性能可随过滤器的制造和安装方式而大幅度变化。除尘、旁路和高压降也可能是此类型过滤器的关注点。完全由碳纤维制成的织物碳纤维过滤器的一个主要缺点在于，它们过脏以致于无法在没有针对这些纤维所脱落的颗粒的下游过滤器时用于先进洁净室环境。碳是导电材料并且在生产电子组件的设施中碳的脱落会导致严重的问题。蜂窝过滤器是在保持低压降的同时达到相对高效率的另一类型，但是由于吸附剂的存在量少导致大部分时间的吸附性能差。除尘也是此类型过滤器的关注点。吸附剂负载式非织造织物是相对新的“杂化”产品，其通常以折叠形式应用。采用合适的结构和应用，这些产品可在高效率和使用寿命方面提供极高值，以及提供低压降和易操作性。此外，折叠过滤器比上述蜂窝结构更灵活折叠过滤器可以简单地改变褶皱数目或褶皱高度以任意改变性能。对于仅能调节高度以及需要发展新的昂贵的生产工艺来调节压降影响或孔数/cm2的蜂窝结构而言，这是不可能的。而且，改变吸附剂类型也远比使用折叠元件要复杂得多。在具有高污染物水平或污染物(例如低沸点V0C)难以消除的一些应用中，通常将要求块状吸附剂堆积床过滤器达到合理的寿命/使用次数。此类过滤器在洁净室(空气处理单元、风扇过滤器单元、微环境或工具)内部是不可接受的，这是因为产生的压降和能量成本。现有的洁净室通常不能在不进行重构和实质性投资的情况下对这些系统进行翻新。 此外，为了保护洁净室的高洁净水平，必须与床式过滤器组合安装颗粒过滤器，从而进一步增加压降并增加能量成本。另一方面，使用较小且较洁净的过滤器由于非常频繁的过滤器更换而导致对于消费者而言拥有成本(CoO)的吸引力下降。移除AMC所涉及的物理化学机制可描述如下气体/蒸汽分子在吸附剂内部扩散， 即它们从高浓度区域向低浓度区域移动。扩散速率与两种浓度之差直接相关。当吸附剂内表面被气体/蒸汽分子覆盖时，过滤器效率开始下降。内表面性质即存在的活性表面基团以及最重要的孔径分布将决定何种气体/蒸汽分子被阻挡。当滤出的气体/蒸汽达到不可接受的水平时，需要更换过滤器。通常，过滤器被废弃并安装相对昂贵的新过滤器。可再生过滤器在诸如交替使用或交替再生的双吸附剂床的固定设备中是已知的。 通常，在此类系统中只使用一种类型的吸附剂。WO 0209847公开了一种具有控制系统的可再生空气清洁装置，所述控制系统适用于确定何时对过滤器进行再生。用于该过滤器中的活性炭纤维会使空气受到纤维的污染， 因此不能在不使用二级颗粒过滤器的洁净室环境中使用。已经开始出现新的系统，其使用由在纸或陶瓷结构上的活性炭制成的或由可整体碳化和活化的基础材料构成的蜂窝结构。专利US 6964695或EP 04724071或US 10/344248 示出了通过直接电处理再生的碳单片。这种和其它蜂窝/单片基系统的缺点主要在于它们具有固定的几何形状，只能适合通过在空气方向上延伸并由此导致压降增加或通过增大实际过滤器的外部尺寸(这在已构建成的系统或试图使用标准件的系统中很少是可接受的) 来过滤。因此，存在克服上述目前所用方法和过滤器的问题和缺点的需求。
发明内容
本发明提供用于在洁净室环境中移除空传分子污染物的可再生折叠介质和过滤器元件及其组合。本发明公开了一种用于洁净室环境的折叠过滤介质，其特征在于，所述折叠过滤介质至少包括活性炭和/或聚合物的吸附剂，其中所述活性炭或聚合物与纤维或粘合剂一起包封在两个非织造织物层之间，其中将栅格设置在所述介质的至少一侧上或中间，用以防止所述折叠过滤介质在通过1个大气压下100°c以上的加热空气流进行再生时发生变形。所述用于洁净室环境的折叠过滤介质的特征还可以在于，所述活性炭或聚合物的吸附剂具有允许通过1个大气压下100°c以上的加热空气流进行再生的孔结构。通常，温度为100 190°C或甚至更优选的实例为125 190°C、150 190°C、150 180°C以实现良好的结果。两个第二层优选包括具有栅格的耐热非织造织物。所述折叠过滤介质应该具有在高达至少190°C的温度下的抗熔融性或抗燃烧性。此外，所述折叠过滤介质在受到过滤器所用的正常气流时不会释放出根据ISO 14644-1标准的高于ISO 6类环境的颗粒。所述用于洁净室环境的折叠过滤介质的特征还可以在于，所述活性炭吸附剂具有纤维、粉末、颗粒、丸粒或珠粒的形状。所述用于洁净室环境的折叠过滤介质的特征还可以在于，所述活性炭选自煤、椰子、聚合物和石脑油以及其它聚合物吸附剂例如大孔苯乙烯-二乙烯基苯。所述用于洁净室环境的折叠过滤介质的特征还可以在于，所述栅格由铝、钢或耐高温塑料材料制成。所述用于洁净室环境的折叠过滤介质的特征还可以在于，所述栅格具有占总面积的50 95%的开放面积。所述用于洁净室环境的折叠过滤介质的特征还可以在于，所述栅格制成具有占总面积的50 95%的开放面积的网形状。所述用于洁净室环境的折叠过滤介质的特征还可以在于，经过扁平介质的压降在 0. llm/s的空气面速度下为至多751^。所述用于洁净室环境的折叠过滤介质的特征还可以在于，所述纤维是耐热双组分纤维。所述用于洁净室环境的折叠过滤介质的特征还可以在于，所述吸附剂由内部面积为500m2/g 3000m2/g并且微孔体积为0. 2cm3/g 0. 8cm3/g的聚合物材料或活性炭材料制成。所述用于洁净室环境的过滤元件包括至少一个折叠过滤介质和框架。此外，所述过滤元件也可包括耐温密封剂。所述密封剂和框架应该耐受高达至少190°C的温度。所述折叠过滤介质还可用于过滤器中，亦即在微电子工业、洁净室、裸晶片、半导体、印刷电路板、硬盘制造、平板制造、生物芯片、药物工业、食品工业、医院洁净环境、IVF实验室、太阳能面板制造、橱柜和通风橱中的根据以上特征中任一项的用于洁净室环境的过滤元件。所述折叠过滤介质还可在至少两个折叠过滤元件串联布置时使用。根据以上特征中任一项的用于洁净室环境的所述折叠过滤介质的特征还可以在于，在过滤元件内的不同层中或不同的过滤元件内选择并使用至少两种不同的吸附剂以与待移除的挥发性有机化合物的预期混合物相匹配。根据以上特征中任一项的用于洁净室环境的所述折叠过滤介质或过滤元件还可用于移除有机酸、有机碱、可凝结物、掺杂剂、氧化剂、挥发性有机化合物(VOC)和可通过吸附剂的多孔结构内的物理吸附作用吸附的所有化合物的形式的空传分子污染物(AMC)。如上所公开的用于洁净室环境的折叠过滤介质或过滤元件还可通过在100 190°C下进行过滤元件的再生而脱附。本发明提供一种用于洁净室环境的折叠过滤介质和过滤元件。所述折叠过滤介质使用来自煤、椰子、聚合物、石脑油或其它来源的纤维、粉末、颗粒、丸粒、珠粒或任何其他形状的活性炭作为吸附剂。也可使用非碳化的聚合物吸附剂。所用的一种或更多种吸附剂根据其不同的性质例如尺寸、内表面积和孔尺寸分布来选择以与预期的吸附/脱附循环以及待移除的AMC类型匹配。吸附剂被捕集在非织造织物/无纺布内，其中在介质的至少一侧上或中间设置有支撑栅格。该结构是折叠的并形成为过滤元件。过滤元件可由单个过滤元件或主要特征在于其不同的物理性质的一系列过滤元件构成。在实际情况中，待移除的AMC 混合物决定最佳的元件组合。本发明公开的折叠过滤介质和过滤元件可通过施加热或热、 低压和蒸汽的组合进行再生。
参考附图，根据以下详细说明也可知晓本发明的其它特征和优点。图1示出栅格位于一侧上的折叠过滤介质。图2示出栅格位于两侧上的折叠过滤介质的组合件。图3示出栅格位于吸附剂内即并入吸附剂第一层中的折叠过滤介质的组合件。图4示出在调节以匹配折叠过滤介质的框架中引入折叠过滤介质的过滤元件。
图5示出在预先准备的串行(serial order)级联中使用的不同的过滤元件。图6示出人工负载甲苯或异丙醇(IPA)的3层可再生折叠过滤器在1次循环再生后的再生。图7示出人工负载甲苯或异丙醇(IPA)的3层可再生折叠过滤器在2 4次循环再生后的再生。
具体实施例方式可利用几种实施方案将吸附剂捕集在所述织物/布内。在一个优选实例中，已经公开了通过在过滤介质中使用耐热的高温双组分纤维以及不包含任何粘合剂并且使用针对折叠过滤器的支撑栅格可以克服目前过滤器中所观察到的问题。已经发现通过将根据本发明的吸附剂、聚酯、密封剂和栅格进行组合，折叠过滤介质可再生具有出乎意料的成功结果。由此，解决了现有技术的过滤器的问题。该可再生的折叠AMC过滤介质的优点之一在于，在出口侧不需要额外的颗粒过滤器并且对于诸如空气处理单元、风扇过滤单元、微环境以及加工工具的洁净室使用而言压降可保持在可接受的水平。另一个优点在于，位于介质的至少一侧上或中间的栅格防止折叠过滤器在再生期间暴露于热和气流时发生变形。因此，过滤器在暴露于热和气流时不会坍塌。在类似的实例中，可使用高温粘合剂将吸附剂捕集在过滤介质中，同时其余的过滤器如上文中关于高温双组分纤维过滤器中所述那样构建。栅格可为适用于过滤介质的任意形式。但是，最可能使用的是由铝、钢或耐高温塑料材料制成的具有明确限定的开放面积的网形状。栅格可置于第二层的一侧上、所述层的两侧上或第一层的中间。如果开放面积过小，则压降会过大。开放面积应为栅格的总表面积的50 95%。扁平介质的压降在0. llm/s的面速度下应为至多75Pa。一些过滤器仅需一个过滤元件，而其它过滤器由串联的若干个过滤元件构成，所述若干个过滤元件的孔径分布选自粗的大孔多孔结构-介孔多孔结构-细的微孔结构，其以级联方式将优选移除高沸点-中沸点-低沸点V0C。在过滤元件中使用不同的至少两种吸附剂可以移除宽范围的V0C，并且优化再生循环并由此优化可允许的操作循环次数。相同的吸附剂可采取更简单的方式用于串联的若干个过滤元件中，其中不同的元件可被再生不同的循环次数或根据进行的操作循环次数设置在序列的上游。而且，在某些情况下，其可提供最佳的技术功能和拥有成本以具有仅再生一次的最终元件或用作非再生的过滤器。在一个实例中，可再生折叠过滤介质包括选定吸附剂的第一层和非织造高温纤维或织物的两个第二层。与高温纤维混合的选定吸附剂的第一层包封在所述高温纤维或织物的两个第二层之间。可再生折叠过滤介质具有至少一个设置在第二层之外或引入第一层中的支撑栅格，参见图1-3。本发明的可再生折叠过滤介质或过滤元件提供低压降、长寿命时间、小的形态因子和洁净产品。其还允许移除在过去没有经济的解决方案的低沸点V0C。使用具有数次再生的单个或一系列过滤元件的过滤器使得移除低沸点VOC的费用担负得起。
因为过滤介质或过滤元件可使用数次，所以在保持应用所必需的性能的同时得以减少拥有成本。过滤介质或过滤元件的主要用途是洁净室或微电子工业例如裸晶片、半导体、印刷电路板、硬盘制造、平板制造、生物芯片等。微电子洁净室环境包括例如半导体加工工具如光刻领域的扫描器、涂布机显影器、扩散炉、微环境、工具界面、金属沉积设备等。过滤器也可安装在空气处理单元(新鲜空气或再循环空气)内部或在洁净室风扇过滤单元的顶部。然而，过滤介质或过滤元件也可用于其它应用中，例如散发气味或控制危险化合物的制药公司、食品工业、医院洁净环境、IVF实验室和太阳能面板制造。过滤介质或过滤元件也可用于层流或安全柜、通风橱、风孔以及在医院应用中用以在手术期间保护医生和患者。图1是本发明的可再生过滤介质的示意图，其中栅格位于非织造织物的一侧上。 截面图示出高温纤维和位于其间的吸附剂。图2公开了其中栅格位于过滤器两侧上的折叠过滤介质的一个实例。图3公开了其中栅格位于包封在非织造层之间的吸附剂内的折叠过滤介质的一个实例。图4示出折叠过滤介质被引入框架中的过滤元件，所述框架被调节成与折叠过滤介质匹配并从而形成过滤元件。能够以不同的方式来构建框架。用于根据本发明的折叠过滤介质的框架可由本领域技术人员根据所使用的折叠过滤介质进行构建。图5公开了在分离的过滤器模块/子框架中或在相同的非织造介质内的分离的可再生介质层的2个实例，其中使用具有不同的孔分布的吸附剂。此外，公开了在分离的过滤器模块/子框架中或在相同的非织造介质内的分离的层的实例，其中使用可再生介质与不可再生介质的组合，或不同类型的可再生介质。所有的材料均在高达200°C的温度下抗熔融且抗燃烧，并且折叠过滤介质不释放如ISO标准14644-1所限定的高于ISO 6类环境的颗粒。测试管道具有基于ASHRAE标准52_76，Eurovent 4/5的过滤器测试中所使用的类型。使用ID 1000型绝对过滤器(对于0. 3 μ m的DOP测试气溶胶具有99. 99%的截留)来清洁吸入的空气。利用PMS Inc.制造的LAS-X颗粒计数器(直读设备)进行颗粒分析。在进行测量之前，对测试管道和测试腔进行清洁。在所述管道中设置取样探头。启动通风系统并使其在没有测试过滤器的情况下运行。利用直读设备持续10分钟测量颗粒含量以检查管道中是否没有颗粒。在该初始空白之后，关闭通风系统。将空气流设定为产品的标称值，并调节颗粒的取样以使测量为等动力的。在设置过滤器后几秒钟，开始测量。1.随后将10分钟洁净报告为基准。2.在10分钟期间QO秒间隔)进行初始颗粒脱落(shedding)。3.随后继续再测试20分钟QO秒间隔)。结果作为表给出(见下)。
权利要求
1.一种用于洁净室环境的折叠过滤介质，其特征在于，所述折叠过滤介质至少包括活性炭或聚合物的吸附剂第一层，其中所述活性炭或聚合物与纤维和/或粘合剂一起包封在两个非织造织物第二层之间，其中将栅格设置在任意一个所述第二层的至少一侧上或引入所述第一层中以防止所述折叠过滤介质在通过1个大气压下100°c以上的加热空气流进行再生时发生变形。
2.根据权利要求1所述的用于洁净室环境的折叠过滤介质，其特征在于，所述活性炭层中的所述吸附剂具有纤维、粉末、颗粒、丸粒或珠粒的形状。
3.根据权利要求1或2所述的用于洁净室环境的折叠过滤介质，其特征在于，所述活性炭选自煤、椰子、聚合物和石脑油以及其它聚合物吸附剂例如大孔苯乙烯-二乙烯基苯。
4.根据权利要求1-3所述的用于洁净室环境的折叠过滤介质，其特征在于，所述栅格由铝、钢或耐高温塑料材料制成。
5.根据权利要求1-4所述的用于洁净室环境的折叠过滤介质，其特征在于，所述栅格具有占总面积的50 95%的开放面积。
6.根据权利要求5所述的用于洁净室环境的折叠过滤介质，其特征在于，所述栅格制成网形状。
7.根据权利要求1-6所述的用于洁净室环境的折叠过滤介质，其特征在于，经过扁平介质的压降在0. llm/s的空气面速度下为至多751^。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于洁净室环境的折叠过滤介质，其特征在于， 所述纤维是耐热双组分纤维。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的用于洁净室环境的折叠过滤介质，其特征在于， 所述吸附剂由内部面积为500m2/g 3000m2/g并且微孔体积为0. 2cm3/g 0. 8cm3/g的聚合物材料或活性炭材料制成。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的用于洁净室环境的折叠过滤介质，其特征在于， 在过滤元件内的不同层中选择并使用至少两种不同的吸附剂以与待移除的挥发性有机化合物的预期混合物相匹配。
11.一种用于洁净室环境的过滤元件，其特征在于，所述过滤元件至少包括根据权利要求1-10中任一项所述的折叠过滤介质和框架。
12.根据权利要求11所述的用于洁净室环境的过滤元件，其特征在于，所述过滤元件包含耐温密封剂。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的用于洁净室环境的折叠过滤介质或过滤元件的用途，其中所述折叠过滤介质或过滤元件用于微电子工业、裸晶片制造、半导体工业、印刷电路板组合件、硬盘制造、平板制造、生物芯片制造、制药工业、食品工业、医院洁净环境、 IVF实验室、太阳能面板制造实验室、橱柜和通风橱空气系统。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的用于洁净室环境的折叠过滤介质或过滤元件的用途，其特征在于，至少两个折叠过滤元件串联设置。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的用于洁净室环境的折叠过滤介质或过滤元件的用途，其中所述折叠过滤介质或过滤元件用于移除有机酸、有机碱、可凝结物、掺杂剂、氧化剂、挥发性有机化合物(VOC)和能够通过所述吸附剂层的多孔结构内部的物理吸附作用吸附的所有化合物的形式的空传分子污染物(AMC)。
全文摘要
本发明提供用于洁净室环境中移除空传分子污染物的可再生折叠介质和过滤元件及其组合。公开了一种用于洁净室环境的折叠过滤介质，其中所述折叠过滤介质至少包括活性炭或聚合物的吸附剂第一层，其中所述活性炭或聚合物与纤维和/或粘合剂一起包封在两个非织造织物第二层之间，其中将栅格设置在任意一个第二层的至少一侧上或引入第一层中以防止所述折叠过滤介质在通过1个大气压下100℃以上的加热空气流进行再生时发生变形。
文档编号B01D46/52GK102387849SQ201080016341
公开日2012年3月21日 申请日期2010年3月2日 优先权日2009年3月2日
发明者克里斯蒂安·林达尔, 米卡埃尔·福斯隆德, 纪尧姆·加莱 申请人:康斐尔有限公司