CN1990090A - 去除臭氧的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种去除臭氧的装置及方法。本发明的去除臭氧的装置包括：一反应槽，含有一亚铁离子溶液，其与导入的臭氧接触发生氧化还原反应，使臭氧还原成氧气，亚铁离子氧化成铁离子；以及一还原装置，将铁离子还原成亚铁离子，以持续供应该反应槽进行氧化还原反应。本发明还提供一种去除臭氧的方法，包括：导入含臭氧的气体至一含亚铁离子溶液的反应槽，以使亚铁离子与臭氧接触发生氧化还原反应，其中臭氧还原成氧气，亚铁离子氧化成铁离子；以及通过一还原装置还原铁离子成亚铁离子，以持续供应该反应槽进行氧化还原反应。本发明相当具有经济价值，使臭氧气体在最低化学药品添加量的情况下获得妥善处理。

Description

去除臭氧的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种环境安全装置，特别涉及一种去除臭氧的装置及方法。
背景技术
目前，光电、半导体等高科技产业在制程中均会使用大量臭氧来制造氧化层薄膜或对晶片、玻璃基板表面进行清洗。由于臭氧本身为强氧化剂且具有高腐蚀性，加上水溶解度低极易逸散至空气中，致低浓度即对人体呼吸系统产生不良影响，因此，如果制程中残余的臭氧未能妥善处理，将对制程安全及人体健康造成莫大危害。
现阶段处理残余臭氧的技术大致可分成下列几种，包括以二氧化锰催化剂分解、以UV光照射分解、以亚硫酸钠化学药剂还原或导入外气稀释等方法，然而，上述方法均因处理成本昂贵或成效不显著等因素，尚无法提供完善的解决之道，例如二氧化锰催化剂(需加热)或UV光照射分解臭氧，其材料使用上均有寿命限制且操作成本昂贵，亚硫酸钠化学药剂的成本昂贵且无法重复使用，外气稀释法则无法有效降低臭氧对工业安全与人体健康的危害性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种去除臭氧的装置，包括：一反应槽，含有一亚铁离子(Fe2+)溶液，其与导入的含臭氧的气体接触发生氧化还原反应，使臭氧还原成氧气，亚铁离子氧化成铁离子(Fe3+)；以及一还原装置，将铁离子还原成亚铁离子，以持续供应该反应槽进行氧化还原反应。此外，该去除臭氧的装置进一步可包含一除酸装置、一气提装置或其组合。
本发明的去除臭氧的装置中，该亚铁离子于该溶液中的浓度为200～10,000毫克/升，该溶液的PH值范围为0.5～3.0。
本发明的去除臭氧的装置中，该臭氧来自半导体、平面显示器或光电制程产生的废气或废液。
本发明的去除臭氧的装置中，该废气或废液还含有有机或无机的酸性物。
本发明的去除臭氧的装置，还包括一除酸装置，以去除含臭氧气体中的酸性物。
本发明的去除臭氧的装置，还包括一气提装置，以将臭氧自废液中气提出来导入该反应槽。
本发明的去除臭氧的装置中，该还原装置设置于该反应槽的内部。
本发明的去除臭氧的装置中，该还原装置设置于该反应槽的外部。
本发明的去除臭氧的装置中，该还原装置为一电解装置。
较佳地，本发明的反应槽可以是，但不限定是，填充床、填充塔、板塔、洗涤塔、超重力机(旋转填充床)或曝气槽/瓶。
较佳地，本发明的气提装置可以是，但不限定是，曝气槽/瓶、填充塔、板塔或超重力机。
较佳地，本发明的除酸装置可以是，但不限定是，湿式洗涤塔、干式洗涤塔或吸附床。
本发明还提供一种去除臭氧的方法，包括下列步骤：将含臭氧的气体导入至一含亚铁离子(Fe2+)溶液的反应槽，以使亚铁离子与臭氧接触发生氧化还原反应，其中臭氧还原成氧气，亚铁离子氧化成铁离子(Fe3+)；以及通过一还原装置还原铁离子成亚铁离子，以持续供应该反应槽进行氧化还原反应。此外，该去除臭氧的方法进一步包含除酸、气提或其组合处理步骤。
本发明的去除臭氧的方法中，该亚铁离子于该溶液中的浓度为200～10,000毫克/升，该溶液的PH值范围为0.5～3.0。
本发明的去除臭氧的方法中，该含臭氧的气体来自半导体、平面显示器或光电制程产生的废气或废液。
本发明的去除臭氧的方法中，该废气或废液还含有有机或无机的酸性物。
本发明的去除臭氧的方法，还包括于该废气导入该反应槽前，去除该废气中的酸性物的步骤。
本发明的去除臭氧的方法，还包括将臭氧自废液中气提出来导入该反应槽的步骤。
本发明的去除臭氧的方法中，该臭氧的流量大体介于0.1～100,000升/分钟。
本发明的去除臭氧的方法中，该氧化还原反应的温度大体介于4～95摄氏度。
本发明的去除臭氧的方法中，该氧化还原反应的压力大体介于0.8～1.2大气压。
本发明的去除臭氧的方法中，该臭氧还原成氧气的效率高于85％。
本发明的去除臭氧的方法中，该反应槽包括填充塔、板塔、超重力机或曝气槽。
本发明的去除臭氧的方法中，该还原装置提供大体3～10伏特的还原电位。
本发明的去除臭氧的方法中，该还原装置提供大体20～200安培/平方米的还原电流密度。
本发明的去除臭氧的方法中，铁离子还原成亚铁离子的还原反应发生于该反应槽的内部。
本发明的去除臭氧的方法中，铁离子还原成亚铁离子的还原反应发生于该反应槽的外部。
本发明的去除臭氧的方法中，该还原装置为一电解装置。
本发明利用亚铁离子对臭氧进行还原处理，以降低其氧化能力及腐蚀性，而形成干净无害的氧气，达成去除残余臭氧的目的，同时，被臭氧氧化的三价铁离子可再通过电解还原的方式还原回原来的二价亚铁离子而继续使用，相当经济实惠，使臭氧气体可在最低化学药品添加量的条件下获得妥善处理。
附图说明
图1至图4为本发明去除臭氧装置的示意图。
图5为在A厂进行本发明的臭氧处理测试的结果。
图6为在B厂进行本发明的臭氧处理测试的结果。
图7至图15为本发明的臭氧处理测试的结果，表示以旋转填充床作为接触设备时，不同亚铁离子浓度洗涤液与转速对臭氧气体处理效率的关系。
具体实施方式
为了让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特别举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
请参见图1，说明本发明的去除臭氧的装置。本发明的去除臭氧的装置10包括一反应槽20以及一还原装置30。反应槽20内含有一亚铁离子(Fe2+)溶液40，其会与导入的含臭氧的气体70接触发生氧化还原反应，使臭氧还原成氧气，亚铁离子氧化成铁离子(Fe3+)。而还原装置30可将氧化的三价铁离子还原回二价亚铁离子，以持续供应反应槽20进行氧化还原反应。
上述亚铁离子于溶液40中的浓度可为200～10,000毫克/升，该溶液的PH值范围为0.5～3.0，可视欲处理的臭氧浓度而调整。导入反应槽20内的含臭氧的气体70可来自半导体、平面显示器或光电制程发生的含臭氧的废气、废液或制程中的臭氧水。另请参见图2，若是含臭氧的气体70来自制程中的含臭氧废液或臭氧水71时，本发明去除臭氧的装置10进一步可包含一气提(stripping)装置60，以将废液中或臭氧水中的臭氧自液相中气提出来导入反应槽20。前述该气提装置可以是，但不限定是，曝气瓶/槽、填充塔、板塔或超重力机，熟悉本项技术的人员可视实际需求而作选用。
请参考图3，本发明的去除臭氧的装置10进一步可包含一除酸装置50，以将含臭氧的气体70中的有机或无机的酸性物去除，例如氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸或醋酸。前述的除酸装置50可以是，但不限定是，湿式洗涤塔、干式洗涤塔、吸附床，熟悉本项技术的人员可视实际需求而作选用。同上所述，若是含臭氧的气体70来自制程中的含臭氧废液或臭氧水71时，本发明去除臭氧的装置10进一步可包含一气提(stripping)装置60，如图4所示。
适用于本发明的反应槽种类繁多，例如但不限定于填充塔、板塔、超重力机或曝气槽，熟悉本项技术的人员可视实际需求而作选用。另外根据厂房空间大小，还原装置30可设置于反应槽20的内部或外部。前述还原装置30可以是，但不限定是，电解装置，例如芬顿(Fenton)装置，熟悉本项技术的人员可视实际需求而作选用。
接着，说明本发明去除臭氧的方法。请参见图3，首先，将制程发生含臭氧的气体70，导入一除酸装置50，以去除含臭氧的气体70中的酸性气体或液滴，例如氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸或醋酸。接着，将经除酸处理的气体导入一含亚铁离子(Fe2+)溶液40的反应槽20。导入气体中的臭氧即与槽内的亚铁离子接触发生氧化还原反应，使臭氧还原成氧气，亚铁离子氧化成铁离子(Fe3+)。最后，通过一还原装置30将三价铁离子还原回二价亚铁离子，以持续供应反应槽20进行氧化还原反应。
臭氧导入反应槽20的流量大体介于0.1～100,000升/分钟。而反应槽20内氧化还原反应的温度与压力大体控制在4～95摄氏度及0.8～1.2大气压之间。本发明臭氧还原成氧气的效率极高，可达85％以上。
在三价铁还原回二价铁的过程中，还原装置30可提供大体3～10伏特的还原电位及大体20～200安培/平方米(阴极)的还原电流密度。如上所述，铁离子还原成亚铁离子的还原反应可发生在反应槽20的内部或外部。
本发明利用亚铁离子与臭氧气液接触的方式进行氧化还原反应，使原本高腐蚀性的臭氧转变成干净无害的氧气而排出，且被氧化的三价铁离子可经由简单的电解还原再还原回原来的二价亚铁离子继续供反应槽使用，由此看来，本发明相当具有经济价值，使臭氧气体在最低化学药品添加量的情况下获得妥善处理。
实施例
实施例1
本发明在A、B两厂进行臭氧处理测试，测试条件如下：
臭氧进气量为1.5升/分钟，亚铁离子洗涤液体积为600毫升，接触设备为曝气槽，以及亚铁离子浓度为2,500毫克/升。其臭氧处理效率可达95％以上。测试结果参见图5(A厂)及图6(B厂)。
实施例2
以旋转填充床作为接触设备，利用不同转速对不同亚铁离子浓度的洗涤液进行臭氧处理效率测试，测试结果请参见图7至图15。
图7表示臭氧进气量为2.9升/分钟、亚铁离子洗涤液浓度为1,000毫克/升时，不同旋转填充床转速及气液比对臭氧处理效率的关系。图8表示臭氧进气量为2.9升/分钟、亚铁离子洗涤液浓度为2,500毫克/升时，不同旋转填充床转速及气液比对臭氧处理效率的关系。图9表示臭氧进气量为2.9升/分钟、亚铁离子洗涤液浓度为4,000毫克/升时，不同旋转填充床转速及气液比对臭氧处理效率的关系。图10表示臭氧进气量为4.8升/分钟、亚铁离子洗涤液浓度为1,000毫克/升时，不同旋转填充床转速及气液比对臭氧处理效率的关系。图11表示臭氧进气量为4.8升/分钟、亚铁离子洗涤液浓度为2,500毫克/升时，不同旋转填充床转速及气液比对臭氧处理效率的关系。图12表示臭氧进气量为4.8升/分钟、亚铁离子洗涤液浓度为4,000毫克/升时，不同旋转填充床转速及气液比对臭氧处理效率的关系。图13表示臭氧进气量为7.6升/分钟、亚铁离子洗涤液浓度为1,000毫克/升时，不同旋转填充床转速及气液比对臭氧处理效率的关系。图14表示臭氧进气量为7.6升/分钟、亚铁离子洗涤液浓度为2,500毫克/升时，不同旋转填充床转速及气液比对臭氧处理效率的关系。图15表示臭氧进气量为7.6升/分钟、亚铁离子洗涤液浓度为4,000毫克/升时，不同旋转填充床转速及气液比对臭氧处理效率的关系。
由测试结果可知，臭氧气体确实可以以亚铁离子洗涤液进行反应性吸收处理，通过调节气液接触成效，如提高洗涤液亚铁离子浓度、增加旋转填充床转速、缩小气液接触比例，均可提高臭氧气体处理成效。如图9所示，于洗涤液亚铁离子浓度4,000毫克/升、旋转填充床转速1,200rpm、气液比100、气体填充床空塔停留时间6.4秒条件下，臭氧浓度100ppmv的气体，其臭氧处理效率可达95.3％。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下：
10：去除臭氧装置
20：反应槽
30：还原装置
40：亚铁离子溶液
50：除酸装置
60：气提装置
70：含臭氧的气体
71：含臭氧的废液或臭氧水

Claims (26)

1.一种去除臭氧的装置，包括：
一反应槽，含有一亚铁离子溶液，其与导入的臭氧接触发生氧化还原反应，使臭氧还原成氧气，亚铁离子氧化成铁离子；以及
一还原装置，将铁离子还原成亚铁离子，以持续供应该反应槽进行氧化还原反应。
2.根据权利要求1所述的去除臭氧的装置，其特征在于，该亚铁离子于该溶液中的浓度为200～10,000毫克/升，该溶液的PH值范围为0.5～3.0。
3.根据权利要求1所述的去除臭氧的装置，其特征在于，该臭氧来自半导体、平面显示器或光电制程产生的废气或废液。
4.根据权利要求3所述的去除臭氧的装置，其特征在于，该废气或废液还含有有机或无机的酸性物。
5.根据权利要求4所述的去除臭氧的装置，其特征在于，其还包括一除酸装置，以去除含臭氧气体中的酸性物。
6.根据权利要求3所述的去除臭氧的装置，其特征在于，其还包括一气提装置，以将臭氧自废液中气提出来导入该反应槽。
7.根据权利要求1所述的去除臭氧的装置，其特征在于，该反应槽包括填充塔、板塔、超重力机或曝气槽。
8.根据权利要求1所述的去除臭氧的装置，其特征在于，该还原装置设置于该反应槽的内部。
9.根据权利要求1所述的去除臭氧的装置，其特征在于，该还原装置设置于该反应槽的外部。
10.根据权利要求1所述的去除臭氧的装置，其特征在于，该还原装置为一电解装置。
11.一种去除臭氧的方法，包括：
导入含臭氧的气体至一含亚铁离子溶液的反应槽，以使亚铁离子与臭氧接触发生氧化还原反应，其中臭氧还原成氧气，亚铁离子氧化成铁离子；以及
通过一还原装置还原铁离子成亚铁离子，以持续供应该反应槽进行氧化还原反应。
12.根据权利要求11所述的去除臭氧的方法，其特征在于，该亚铁离子于该溶液中的浓度为200～10,000毫克/升，该溶液的PH值范围为0.5～3.0。
13.根据权利要求11所述的去除臭氧的方法，其特征在于，该含臭氧的气体来自半导体、平面显示器或光电制程产生的废气或废液。
14.根据权利要求13所述的去除臭氧的方法，其特征在于，该废气或废液还含有有机或无机的酸性物。
15.根据权利要求14所述的去除臭氧的方法，其特征在于，其还包括于该废气导入该反应槽前，去除该废气中的酸性物的步骤。
16.根据权利要求13所述的去除臭氧的方法，其特征在于，其还包括将臭氧自废液中气提出来导入该反应槽的步骤。
17.根据权利要求11所述的去除臭氧的方法，其特征在于，该臭氧的流量介于0.1～100,000升/分钟。
18.根据权利要求11所述的去除臭氧的方法，其特征在于，该氧化还原反应的温度介于4～95摄氏度。
19.根据权利要求11所述的去除臭氧的方法，其特征在于，该氧化还原反应的压力介于0.8～1.2大气压。
20.根据权利要求11所述的去除臭氧的方法，其特征在于，该臭氧还原成氧气的效率高于85％。
21.根据权利要求11所述的去除臭氧的方法，其特征在于，该反应槽包括填充塔、板塔、超重力机或曝气槽。
22.根据权利要求11所述的去除臭氧的方法，其特征在于，该还原装置提供3～10伏特的还原电位。
23.根据权利要求11所述的去除臭氧的方法，其特征在于，该还原装置提供20～200安培/平方米的还原电流密度。
24.根据权利要求11所述的去除臭氧的方法，其特征在于，铁离子还原成亚铁离子的还原反应发生于该反应槽的内部。
25.根据权利要求11所述的去除臭氧的方法，其特征在于，铁离子还原成亚铁离子的还原反应发生于该反应槽的外部。
26.根据权利要求11所述的去除臭氧的装置，其特征在于，该还原装置为一电解装置。
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