CN111439813A - 电化学处理系统 - Google Patents

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    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/46115—Electrolytic cell with membranes or diaphragms

Abstract

本发明的电化学处理系统至少包含：第一基体、第二基体、离子膜以及二隔板，该第一、第二基体结构大致相同，分别具有进水口出水口以及位于侧面的副出水口，而该第一基体其中一侧为阳极表面，该第二基体其中一侧为阴极表面，且该阴极表面与该阳极表面相对设置，该离子膜位于该阳极表面与该阴极表面之间，并区隔成一阳极室及一阴极室，该二隔板分别配置于该阳极室及该阴极室内，可分别导引该阳极室及该阴极室的液体，利用本发明的电化学处理系统可处理例如蚀刻废液的回收再利用。

Description

电化学处理系统
技术领域
本发明有关一种可将蚀刻废液回收再利用的电化学处理系统。
背景技术
印刷电路板是依照电路的设计，将连接电路零件的电气布线绘制成布线图形，然后再以所指定的表面处理、机械加工等方式在绝缘体上使电气导体重现，以做为支撑电子零件及零件间电路互相接续的组装基地；印刷电路板的制造包括相当多道工序。首先，板子本身可依所选用基板的不同而有不同制造方法，包括加成法与减除法。此外，依照电路板的层数不同，单面板、双面板及多层板也都需要不同的流程与步骤。而在各种不同的步骤中，蚀刻步骤的良窳对于最终得到的印刷电路板品质与精度有着关键性的影响。
于进行蚀刻作业时，主要利用蚀刻液将基板上属于非电路流通部位的铜金属被覆去除。而印刷电路板使用的蚀刻液主要分为碱性氯化铜蚀刻液及酸性氯化铜蚀刻液(HCl-CuCl2)。其中碱性蚀刻液因具有蚀刻速率快、侧蚀性低、溶铜能力高、蚀刻速率容易控制维护方便及成本低等特点，故碱性蚀刻液在印刷电路板的生产中得到了非常广泛的应用，特别是用于具有精细线路的印刷电路板。
现有的碱性氯化铜蚀刻液的主要成分为二价铜Cu(NH3)4Cl2、氯化铵和氨水。其中，Cu(NH3)4Cl2在初始配制蚀刻液时由氨水与氯化铜产生络合反应得到：
CuCl2+4NH4OH→Cu(NH3) 4Cl2+4H2O
随后，伴随着蚀刻的进行，印刷线路板上的铜会被咬蚀而形成一价铜的Cu(NH3)2Cl：
Cu(NH3)4Cl2+Cu→2Cu(NH3)2Cl
所生成的一价铜Cu(NH3)2Cl不具有蚀刻能力。当蚀刻液中存在过量的NH3 +和Cl-时，一价铜的Cu(NH3)2Cl将快速地被空气中的O2氧化，氧化再生成有蚀刻能力的二价铜Cu(NH3)4Cl2，再次参与蚀铜，其再生反应如下：
4Cu(NH3)2Cl+4NH4Cl+4NH4OH+O2→4Cu(NH3)4Cl2+6H2O
而上述再生的方法一般多使用在溶液中使用曝气的方式，发现现场蚀刻液咬蚀能力改善有限，且随着使用曝气，氨也会随之挥发而产生大量的氨气。氨气是一种具有刺激性的气体，轻度吸入造成的氨气中毒的表现有鼻炎、咽炎、喉痛、发音嘶哑，中毒或重度氨气中毒表现为呼吸困难、气管阻塞引起窒息等，极大地危害工作人员的身体健康，导致环境污染并使蚀刻液中化学组分比例失调；因此，有必要妥善处理经蚀刻后的蚀刻废液(尤其是碱性蚀刻废液)，以避免严重污染环境。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可将蚀刻废液回收再利用的电化学处理系统，为其主要目的。
为达上揭目的，本发明的电化学处理系统至少包含：第一基体，其中一侧为阳极表面，该第一基体上端面并具有一第一进水口、第一出水口以及复数位于侧面的第一副出水口；第二基体，其中一侧为阴极表面，该第二基体上端面并具有一第二进水口、第二出水口以及复数位于侧面的第二副出水口，且该阴极表面与该阳极表面相对设置；离子膜，位于该阳极表面与该阴极表面之间，并区隔成一阳极室及一阴极室；以及二隔板，分别配置于该阳极室及该阴极室内，可分别导引该阳极室及该阴极室的液体。
在一较佳态样中，该离子膜为阴离子交换膜。
在一较佳态样中，该第一进水口以及第一出水口分别与复数第一副出水口相通，而复数第一副出水口通过该阳极表面；该第二进水口以及第二出水口分别与复数第二副出水口相通，而复数第二副出水口通过该阴极表面。
在一较佳态样中，该隔板具有一框架，该框架围成一中央开口，而该中央开口处并设置有一网体，该框架具有复数第一贯孔，复数第一贯孔贯穿于该隔板相对的两侧面，且布设于该框架相对的两侧。
在一较佳态样中，该复数第一贯孔对应于该复数第一副出水口；或者，该复数第一贯孔对应于该复数第二副出水口。
在一较佳态样中，该复数第一贯孔与该网体间进一步设有相通的通道。
在一较佳态样中，该离子膜具有复数第二贯孔，复数第二贯孔贯穿于该离子膜相对的两侧面，且该复数第二贯孔对应于该复数第一贯孔。
在一较佳态样中，该隔板具有复数肋条，复数肋条可将该隔板表面区隔成流道。
在一较佳态样中，该第一基体其中一表面设有一电极板，该阳极表面位于该电极板的外露表面；以及，该第二基体其中一表面设有一电极板，该阴极表面位于靠于该第二基体的电极板的外露表面。
在一较佳态样中，该第一基体与该第二基体之间进一步设有至少一电极板，该电极板具有相对的阳极表面以及阴极表面，而各该第一、第二基体及该电极板之间具有该离子膜与该隔板，另设有一收集装置分别连接于该阳极室及该阴极室。
在一较佳态样中，该电化学处理系统进一步设有一电源供应模组，该电源供应模组连接于两外侧的该阳极表面以及该阴极表面。
附图说明
图1为本发明中电化学处理系统第一实施例的结构示意图。
图2为本发明中电极板与隔板的结构立体图。
图3为本发明中离子膜与隔板的结构立体图。
图4为本发明中隔板的部分结构放大图。
图5A、图5B为本发明中电化学处理系统第一实施例的使用示意图。
图6为本发明中隔板的另一实施例结构示意图。
图7为本发明中电化学处理系统第二实施例的结构示意图。
图号说明：
第一基体 10
第一进水口 12
第一出水口 13
第一副出水口 14
第二基体 20
第二进水口 22
第二出水口 23
第二副出水口 24
离子膜 30
第二贯孔 31
隔板 40
框架 41
第一侧 411
第二侧 412
中央开口 42
网体 43
第一贯孔 44
通道 45
肋条 46
流道 47
阳极室 51
阴极室 52
电极板 60
阳极表面 61
阴极表面 62
穿孔 63
电源供应模组 64。
具体实施方式
请参阅图1所示为本发明中电化学处理系统第一实施例的结构示意图，以及图2为本发明中电极板与隔板的结构立体图所示。本发明的电化学处理系统至少包含：第一基体10、第二基体20、离子膜30以及二隔板40。
第一基体10其中一侧具有一电极板60，该电极板60外露的表面为具有氧化能力的阳极表面61，该第一基体10上端面并具有一第一进水口12、第一出水口13以及复数位于侧面的第一副出水口14；本发明实施例中，该第一基体10其中一侧所配置的电极板，选用钛板作为电极板基材，其表面并涂布Ru/Ta作为阳极表面61；该第一进水口12以及第一出水口13分别与复数第一副出水口14相通，而复数第一副出水口14穿过该阳极表面61，亦即该电极板60设有与该第一副出水口14相对的穿孔63。
该第二基体20与该第一基体10具有相同结构，其上端面并具有一第二进水口22、第二出水口23以及复数位于侧面的第二副出水口24，与第一基体10结构差别在于，该第二基体20其中一侧具有一电极板60，该电极板60外露的表面为具有还原能力的阴极表面62，且该阴极表面62与该阳极表面61相对设置；本发明实施例中，该第二基体20其中一侧所配置的电极板，选用钛板作为电极板基材，其表面作为阳极表面61；该第二进水口22以及第二出水口23分别与复数第二副出水口24相通，而复数第二副出水口24穿过该阴极表面62，亦即该电极板60设有与该第二副出水口24相对的穿孔63。
离子膜30位于该阳极表面61与该阴极表面62之间，由该离子膜30区隔成一阳极室51及一阴极室52，如图所示的实施例中，该阳极室51位于该第一基体10的阳极表面61与该离子膜30之间，而该阴极室52则位于该第二基体20的第二阴极表面62与该离子膜30之间。本发明中所称的离子膜是对阴离子或是阳离子具有选择性的高分子膜。举例来说，离子膜可以是阳离子交换膜（cation exchange membrane，CEM）或是阴离子交换膜（anionexchange membrane，AEM）。举例来说，阳离子交换膜是含酸性官能基的膜，例如是包含强酸性磺酸型阳离子交换树脂（sulfonic acid ion exchange resin）的膜、具阳离子选择性的均相或异相的透析膜或其组合。阴离子交换膜是含碱性官能基的膜，例如是包含强碱性四级铵化型阴离子交换树脂（quaternary ammonium ion exchange）的膜、具阴离子选择性的均相或异相的透析膜或其组合。上述所谓的“阳离子交换膜”表示阳离子能通过而阴离子无法通过的薄膜。上述所谓的“阴离子交换膜”表示阴离子能通过而阳离子无法通过的薄膜。
二隔板40分别配置于该阳极室51及该阴极室52内，可分别导引该阳极室51及该阴极室52的液体。请同时参阅图3所示，该隔板40具有一框架41，该框架41围成一中央开口42，而该中央开口42处并设置有一网体43，该框架41具有复数第一贯孔44，复数第一贯孔44贯穿于该隔板40相对的两侧面，且布设于该框架41相对的第一侧461及第二侧412，该复数第一贯孔44对应于该复数第一副出水口14及穿孔63；或者，该复数第一贯孔44对应于该复数第二副出水口24及穿孔63；其中，部分第一贯孔44与该网体43间具有至少一相通的通道45，如图4所示，可导引液体由第一侧411的第一贯孔44经由通道45而流至该网体43，并由该网体43的作用将液体均匀分布，而由第二侧412的第一贯孔44流出；亦或者，该隔板40具有复数肋条46，如图6所示，复数肋条46可将该隔板40表面区隔成流道47，同样可以达到导引流体的作用。再者，如图3所示，该离子膜30具有复数第二贯孔31，复数第二贯孔31贯穿于该离子膜30相对的两侧面，且该复数第二贯孔31对应于该复数第一贯孔44，可让液体可藉由复数第二贯孔31通过该离子膜。
本发明于使用时，可将欲处理的液体经由第一进水口12进入该第一基体10，如图5A所示，经由该复数第一副出水口14及穿孔63流入阳极室51，并通过与该复数第一副出水口14及穿孔63对应的复数第一贯孔44以及通道45流入网体43，经由网体43均匀分布后到对侧第二侧412的第一贯孔44流出，再经由相对应的复数第二贯孔31通过该离子膜30，再经由阴极室52内所对应的复数第一贯孔44(无设置通道)以及复数第二副出水口24与穿孔63，最后由该第二出水口23流出。
而欲处理的液体亦可经由第二进水口22进入该第二基体20，如图5B所示，经由该复数第二副出水口24及穿孔63流入阴极室52，并通过与该复数第二副出水口24及穿孔63对应的复数第一贯孔44以及通道45流入网体43，经由网体43均匀分布后到对侧第二侧412的第一贯孔44流出，再经由阳极室51内所相对应的复数第二贯孔31通过该离子膜30，再经由对应的复数第一贯孔44(无设置通道)以及复数第一副出水口14与穿孔63，最后由该第一出水口13流出。
本发明的电化学系统可应用于废液处理回收，以下以处理碱性蚀刻废液为例，主要目的在于将蚀刻作业后产生的一价铜Cu(NH3)2Cl氧化再生为具有蚀刻能力的二价铜Cu(NH3)4Cl2。在处理碱性蚀刻废液的实施例中，本发明的电化学系统可配置有第一、第二基体10、20，而该离子膜30选择阴离子交换膜；将含有一价铜Cu(NH3)2Cl的碱性蚀刻废液经由第一进水口12进入该第一基体10，如图1及图5A所示，经由该复数第一副出水口14及穿孔63流入阳极室51，并经由电场的施加（阳极表面61施加正电位；阴极表面62施加负电位），其中，氯离子(Cl)可通过离子膜30朝阳极室51移动，而一价铜离子可因为离子膜30(为阴离子交换膜)被隔绝在阳极室进行氧化，而形成二价铜离子的液体，将之由阳极室51移出最后由第二出水口23流出收集做为再生蚀刻液，回到蚀刻槽。利用本发明进行碱性蚀刻废液的处理，可将一价铜氧化为具有蚀刻能力的二价铜以回收再利用，并同样在阳极室收集氯以再利用。且本发明中电极板、离子膜与隔板以片状方式相互组装，可大幅降低电化学处理系统的体积、工作空间及电压大小，并可方便扩充使用。
再者，如图7所示，该第一基体10与该第二基体20之间进一步设有至少一电极板60，该电极板60具有相对的阳极表面61以及阴极表面62，而各该第一、第二基体10、20及该电极板60之间具有该离子膜30与该隔板40，如图所示的实施例中，该第一基体10与该第二基体20之间设置有二个电极板60，且该第一、第二基体10、20与二电极板60间以相异的极性表面相对设置，而该第一基体10与一电极板30间、二电极板60间以及第二基体20与一电极板30间分别设置有一离子膜30与二个隔板40；另设有一收集装置(图未示)分别连接于该阳极室51及该阴极室52，该电化学处理系统进一步设有一电源供应模组64，该电源供应模组64连接于两外侧的该阳极表面61以及该阴极表面62，其内侧的该电极板60则利用感应方式产生正电荷或负电荷；本实施例中，利用单一电极板相对的两面分别为阳极表面以及阴极表面的构型，以较少的结构来建构串接多组阳极室及阴极室，可在较少的工作空间达到较佳电化学处理效率。而本实施例中选用钛板作为电极板基材，其中一面涂布Ru/Ta作为阳极表面61，另一面不涂布作为阴极表面。

Claims (11)

1.一种电化学处理系统，其特征在于，至少包含：
第一基体，其中一侧为阳极表面，该第一基体上端面并具有一第一进水口、第一出水口以及复数位于侧面的第一副出水口；
第二基体，其中一侧为阴极表面，该第二基体上端面并具有一第二进水口、第二出水口以及复数位于侧面的第二副出水口，且该第二基体以其阴极表面与该第一基体的该阳极表面相对设置；
离子膜，位于该阳极表面与该阴极表面之间，并区隔成一阳极室及一阴极室；以及
二隔板，分别配置于该阳极室及该阴极室内，可分别导引该阳极室及该阴极室的液体。
2.如权利要求1所述电化学处理系统，其特征在于，该离子膜为阴离子交换膜。
3.如权利要求1所述电化学处理系统，其特征在于，该第一进水口以及第一出水口分别与复数第一副出水口相通，而复数第一副出水口穿过该阳极表面；该第二进水口以及第二出水口分别与复数第二副出水口相通，而复数第二副出水口穿过该阴极表面。
4.如权利要求3所述电化学处理系统，其特征在于，该隔板具有一框架，该框架围成一中央开口，而该中央开口处并设置有一网体，该框架具有复数第一贯孔，复数第一贯孔贯穿于该隔板相对的两侧面，且布设于该框架相对的两侧。
5.如权利要求4所述电化学处理系统，其特征在于，该复数第一贯孔对应于该复数第一副出水口；或者，该复数第一贯孔对应于该复数第二副出水口。
6.如权利要求4所述电化学处理系统，其特征在于，该复数第一贯孔与该网体间设有相通的通道。
7.如权利要求4所述电化学处理系统，其特征在于，该离子膜具有复数第二贯孔，复数第二贯孔贯穿于该离子膜相对的两侧面，且该复数第二贯孔对应于该复数第一贯孔。
8.如权利要求3所述电化学处理系统，其特征在于，该隔板具有复数肋条，复数肋条将该隔板表面区隔成流道。
9.如权利要求1至8任一所述电化学处理系统，其特征在于，该第一基体其中一表面设有一电极板，该阳极表面位于靠于该第一基体的电极板的外露表面；以及，该第二基体其中一表面设有一电极板，该阴极表面位于靠于该第二基体的电极板的外露表面。
10.如权利要求1至8任一所述电化学处理系统，其特征在于，该第一基体与该第二基体之间设有至少一电极板，该电极板具有相对的阳极表面以及阴极表面，而各该第一、第二基体及该电极板之间具有该离子膜与该隔板，另设有一收集装置分别连接于该阳极室及该阴极室。
11.如权利要求9所述电化学处理系统，其特征在于，该电化学处理系统设有一电源供应模组，该电源供应模组连接于两外侧的该阳极表面以及该阴极表面。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200724

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