DE19626421A1 - Removing environmentally harmful gaseous hydride(s) and halide(s) of silicon and arsenic - Google Patents
Removing environmentally harmful gaseous hydride(s) and halide(s) of silicon and arsenicInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Absorptions-/Oxidationsmittel zur Entfernung von umweltbelastenden gasförmigen Hydriden und/oder Halogenverbindungen von Elementen aus der Gruppe III, IV, V und/oder VI sowie der Nebengruppe VI des Periodensystems.The invention relates to an absorption / oxidizing agent for Removal of polluting gaseous hydrides and / or Halogen compounds of elements from the group III, IV, V and / or VI and subgroup VI of the Periodic Table.
Diese Verbindungen fallen in größeren Mengen z. B. bei der Her stellung von Halbleitern an, wo sie hauptsächlich als Rohmate rialien oder Dotiergase verwendet werden; sie entstehen zum Teil auch bei der chemischen Behandlung der Halbleiter oder werden als Lösungsmittel eingesetzt. Zu den Hydriden zählen beispielsweise B₂H₆, SiH₄, GeH₄, PH₃, AsH₃ und SeH₂, nicht dagegen die halogenfreien Kohlenwasserstoffe. Zu den Halo genverbindungen zählen beispielsweise B₂F₆, SiCl₄, SiH₂Cl₂, SiF₄, NF₃, SeF₆ und WF₆. Die genannten Verbindungen liegen in der Regel als Gemische vor. Sie sind zum Teil toxisch, zum Teil verursachen sie (insbesondere die Halogenverbindungen) schwer wiegende Umweltprobleme, wobei insbesondere ein erhebliches ozonabbaupotential besteht.These compounds are in larger quantities z. B. in the Her semiconductors, where they are mainly used as raw material Ria or doping gases are used; they arise to Part also in the chemical treatment of semiconductors or are used as solvents. To include the hydrides For example, B₂H₆, SiH₄, GeH₄, PH₃, AsH₃ and SeH₂, not in contrast, the halogen-free hydrocarbons. To the halo genverbindungen include, for example, B₂F₆, SiCl₄, SiH₂Cl₂, SiF₄, NF₃, SeF₆ and WF₆. The compounds mentioned are in the Usually as mixtures. They are partly toxic, partly cause heavy (especially the halogen compounds) weighing environmental problems, in particular a significant ozone depletion potential exists.
Bei einem bekannten Verfahren der Firma Dünnschicht-Anlagen systeme Dresden werden diese umweltbelastenden gasförmigen Substanzen thermisch zersetzt und anschließend einer Naßwäsche unterworfen. Dabei entstehen in einigen Fällen (z. B. bei den Halogenverbindungen) aggressive bzw. giftige Kondensate (z. B. Halogenwasserstoffsäuren). Diese können zu schwerwiegenden Korrosionsschäden an den vorgeschalteten Prozeßanlagen führen. Besonders problematisch aus Sicht des Anlagenbetreibers sind: (a) Korrosionsschäden und (b) Kontamination durch Zersetzungs produkte, die in die Anlage zurückschlagen können. Weiterhin ist bei diesem Verfahren nachteilig, daß die Entsorgung der Kondensate in der Regel als Sondermüll erfolgen muß. Schließ lich werden große Mengen an Wasser und Energie verbraucht.In a known method of the company thin-film plants Dresden will use these polluting gaseous Thermally decomposed substances and then a wet scrubbing subjected. In some cases (eg in the case of the Halogen compounds) aggressive or toxic condensates (eg Hydrogen halides). These can be too serious Lead to corrosion damage to the upstream process equipment. Particularly problematic from the perspective of the plant operator are: (a) corrosion damage and (b) contamination by decomposition products that can hit back into the plant. Farther is disadvantageous in this method that the disposal of Condensates must usually be carried out as hazardous waste. closing It consumes large amounts of water and energy.
Aus der Literaturstelle W. Simmler, "Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry" (1993), A 24,4 ist ein "trockenes Ver fahren" bekannt, bei dem die umweltbelastenden Gase, enthal tend Silane und Si-Halogenide, durch Säulen mit einem Oxida tionsmittel geleitet werden, um die Siliciumverbindungen zu entfernen. Das Oxidationsmittel besteht aus einem mit Natrium carbonat behandelten Gemisch aus Kupfer- und Zinknitrat. Dieses Oxidationsmittel hat jedoch eine geringe Absorptions kapazität und ist aufwendig in der Herstellung.From the reference W. Simmler, "Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry "(1993), A 24,4 is a" dry Ver driving "known, in which the polluting gases, enthal silanes and Si halides, by columns with an oxide be passed to the silicon compounds to remove. The oxidizer consists of one with sodium carbonate treated mixture of copper and zinc nitrate. However, this oxidizer has a low absorption capacity and is expensive to manufacture.
Aus der EP-A-0 309 099 ist ein Verfahren zur oxidativen Entfernung von toxischen Gasen aus einem Gasstrom bekannt, wobei das Oxidationsmittel Mangandioxid und Kupferoxid enthält, auf welchem eine Silberverbindung abgeschieden ist. Dieses Oxidationsmittel hat jedoch eine nicht zufriedenstel lende Absorptions/Oxidations-Kapazität und ist aufwendig in der Herstellung.From EP-A-0 309 099 a process for the oxidative Removal of toxic gases from a gas stream known wherein the oxidizing agent is manganese dioxide and copper oxide contains, on which a silver compound is deposited. However, this oxidizer is unsatisfactory lende absorption / oxidation capacity and is expensive in the production.
Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Absorptions-/Oxidations-Mittel zur Entfernung von umweltbela stenden gasförmigen Hydriden und/oder Halogenverbindungen bereitzustellen, das die Nachteile des Stands der Technik vermeidet und eine besonders effiziente Entfernung dieser Verbindungen aus dem Gasstrom ermöglicht.Accordingly, it is the object of the present invention, a Absorption / oxidation agent for environmental removal stenden gaseous hydrides and / or halogen compounds to provide that the disadvantages of the prior art avoids and a particularly efficient removal of this Compounds from the gas stream allows.
Diese Aufgabe wird durch ein Absorptions/Oxidations-Mittel gelöst, das gekennzeichnet ist durch einen makroporösen Träger mit einer ein-, zwei- oder dreidimensionalen intrinsischen (inneren) Mikroporenstruktur mit Mikroporenweiten von etwa 0,3 bis 3 nm, der mit einem Oxidationsmittel belegt ist.This task is accomplished by an absorption / oxidation agent solved, which is characterized by a macroporous carrier with a one-, two- or three-dimensional intrinsic (inner) microporous structure with micropore widths of about 0.3 to 3 nm, which is coated with an oxidizing agent.
Das erfindungsgemäße Absorptions/Oxidations-Mittel hat eine Doppelfunktion. Als Oxidationsmittel oxidiert es die gasför migen Hydride sowie die Halogenverbindungen, die noch Wasser stoff enthalten; als Absorptionsmittel ist es in der Lage, die Hydride und deren Oxidationsprodukte und gleichzeitig die nicht oxidierbaren Halogenverbindungen bzw. deren Zerset zungsprodukte absorptiv zu binden. Insbesondere für diese letztere Funktion ist die ein-, zwei- oder dreidimensionale intrinsische Mikroporenstruktur des Trägers mit Mikroporenwei ten von etwa 0,3 bis 3 nm verantwortlich. Neben einer absorp tiven Bindung der gasförmigen Reaktanten und Reaktionsprodukte in den Mikroporen des Trägers finden wahrscheinlich auch chemische Umsetzungen, beispielsweise Polymerisationen statt, wodurch die Reaktionsprodukte am Träger immobilisiert werden. Diese Wirkung kann mit Trägern, welche diese Mikroporen struktur nicht aufweisen, nicht erreicht werden.The absorption / oxidation agent according to the invention has a Dual function. As an oxidizing agent it oxidizes the gasför hydrides as well as the halogen compounds that still have water contain substance; as an absorbent it is able to Hydrides and their oxidation products and at the same time the non-oxidizable halogen compounds or their Zerset absorptive binding. Especially for this the latter function is the one-, two- or three-dimensional intrinsic micropore structure of the microporous support Th between about 0.3 to 3 nm responsible. In addition to an absorp tive binding of gaseous reactants and reaction products probably also find in the micropores of the vehicle chemical reactions, for example, polymerizations take place, whereby the reaction products are immobilized on the carrier. This effect can be achieved with carriers containing these micropores do not have structure, can not be achieved.
Die Mikroporen können als eindimensionale Kanäle mit einer "Rohrbündelstruktur" vorliegen. Bei einer zweidimensionalen Struktur kreuzen sich zwei "Rohrbündel" in einer Ebene, wäh rend sich bei einer dreidimensionalen Struktur drei "Rohrbün del" in einer räumlichen Anordnung kreuzen, wobei in den beiden letzteren Fällen an den Kreuzungspunkten Hohlräume oder "Käfige" gebildet werden. Die Mikroporen können aber auch als zweidimensionale Zwischenschichten oder "Schlitze" vorliegen, wobei in diesem Fall die Mikroporenweite als der Zwischen schichtabstand (Schlitzbreite) definiert wird. Die "Schlitze" können auch von kanalförmigen Mikroporen durchkreuzt werden, so daß in diesem Fall wiederum eine dreidimensionale Mikroporenstruktur vorliegt.The micropores can be considered one-dimensional channels with a "Tube bundle structure" present. In a two-dimensional Structure, two "tube bundles" intersect in a plane, wah In a three-dimensional structure, three "tube bundles del "in a spatial arrangement, wherein in the the latter two cases at the crossing points cavities or "Cages" are formed. The micropores can also as two-dimensional intermediate layers or "slots" are present, in which case the micropore width is considered to be the intermediate layer distance (slot width) is defined. The "slots" can also be crossed by channel-shaped micropores, so that in this case again a three-dimensional Microporous structure is present.
Der Träger hat ferner eine makroporöse Struktur. Diese ent steht, wenn die mikroporösen Trägerteilchen zu Agglomeraten vereinigt werden, wobei die Makroporen durch die Hohlräume zwischen den Trägerteilchen gebildet werden (Zwischenkornvolu men). Die Makroporen haben im allgemeinen eine Porengröße von etwa 7 bis 15.000 nm, vorzugsweise von 14 bis 175 nm. Die Makroporen, die auch als "Zuführungsporen" bezeichnet werden können, fördern die Diffusion der Reaktanten zu den Träger teilchen und in die Mikroporen, in denen die einzelnen Reak tionen überwiegend stattfinden. Die Mikroporen können deshalb auch als "Wirkporen" bezeichnet werden. Die Makroporen werden nach der Quecksilberporosimetrie bestimmt (Carlo-Erba-Porosi meter, Druck 2.000 bar).The carrier also has a macroporous structure. This ent stands when the microporous carrier particles to agglomerates be united, with the macropores through the cavities be formed between the carrier particles (Zwischenkornvolu men). The macropores generally have a pore size of about 7 to 15,000 nm, preferably from 14 to 175 nm. The Macropores, also referred to as "feed pores" can promote the diffusion of the reactants to the carrier particles and into the micropores, in which the individual Reak take place predominantly. The micropores can therefore also referred to as "active pores". The macropores become determined by mercury porosimetry (Carlo-Erba-Porosi meter, pressure 2,000 bar).
Mit dem erfindungsgemäßen Absorptions/Oxidations-Mittel ist es möglich, große Mengen der genannten oxidierbaren gasförmigen Verbindungen zu nahezu 100% oxidativ zu zerstören und die Reaktionsprodukte sowie die nicht oxidierbaren Verbindungen absorptiv zu binden. Das erfindungsgemäße Absorptions/Oxida tionsmittel zeigt gegenüber den bisherigen Oxidationsmitteln die 1,5- bis 5-fache Aufnahmekapazität, bezogen auf SiH₄.It is with the absorption / oxidation agent of the invention possible, large quantities of said oxidizable gaseous Compounds to almost 100% oxidatively destroy and the Reaction products and the non-oxidizable compounds absorb absorptive. The absorption / oxida according to the invention tion means shows over the previous oxidizing agents 1.5 to 5 times the absorption capacity, based on SiH₄.
Die Mikroporenweiten des Trägers betragen vorzugsweise etwa 0,4 bis 2 nm, insbesondere etwa 0,5 bis 1,5 nm.The micropore widths of the carrier are preferably about 0.4 to 2 nm, in particular about 0.5 to 1.5 nm.
Als Träger werden vorzugsweise Zeolithe, Doppelschicht-Hydroxocarbonate und/oder gegebenenfalls verbrückte Schicht silicate verwendet. Preferred supports are zeolites, double layer hydroxocarbonates and / or optionally bridged layer used silicate.
Beispiele für Träger mit eindimensionaler Mikroporenstruktur
sind (Kurzbezeichnungen nach der IUPAC-Nomenklatur):
LTL (Linde Typ L), ein synthetischer Zeolith mit der
Formel K₆Na₃ [Al₉Si₂₇O₇₂]·21H₂O (Mikroporenweite 0,71 nm)
AFI (AlPO₄-5) mit der Formel [Al₁₂P₁₂O₄₈]·(C₃H₇)₄NOH·xH₂O und
die strukturellen Isotypen SAPO-5; SSZ-24 (kieselsäurereich)
mit Mikroporenweiten von 0,73 nm;
VPI-5, MCM-9 mit Mikroporenweiten von 1,2 nm;
AlPO₄-8 mit Mikroporenweiten von 0,87×0,79 nm;
Mazzit-Typen mit Mikroporenweiten von 0,74 nm;
LZ-202 mit Mikroporenweiten von 0,563x0,34 nm.Examples of carriers with a one-dimensional microporous structure are (abbreviations according to the IUPAC nomenclature):
LTL (Linde type L), a synthetic zeolite having the formula K₆Na₃ [Al₉Si₂₇O₇₂] · 21H₂O (micropore width 0.71 nm)
AFI (AlPO₄-5) having the formula [Al₁₂P₁₂O₄₈] · (C₃H₇) ₄NOH · xH₂O and the structural isotypes SAPO-5; SSZ-24 (silicic acid range) with micropore widths of 0.73 nm;
VPI-5, MCM-9 with micropore widths of 1.2 nm;
AlPO₄-8 with micropore widths of 0.87 x 0.79 nm;
Mazzite types with micropore widths of 0.74 nm;
LZ-202 with micropores of 0.563x0.34 nm.
Beispiele für Träger mit zweidimensionaler Mikroporenstruktur
sind:
Hydrotalcit, ein Dialuminium-hexamagnesium-carbonat
hexadecahydroxid-tetrahydrat mit der Formel
Al₂Mg₆(OH)₁₆CO₃·4H₂O, mit Mikroporenweiten (Schichtabständen)
von etwa 0,78 nm oder ein Hydrotalcit-Isotyp mit der Formel
Al₂Mg4,5(OH)₁₃CO₃·3 1/2 H₂O mit einer Mikroporenweite von 0,76
nm.Examples of carriers with a two-dimensional microporous structure are:
Hydrotalcite, a dialuminium hexamagnesium carbonate Hexadecahydroxid tetrahydrate having the formula Al₂Mg₆ (OH) ₁₆CO₃ · 4H₂O, with microporenweiten (layer distances) of about 0.78 nm or a hydrotalcite isotype with the formula Al₂Mg 4,5 (OH) ₁₃CO₃ · 3 1/2 H₂O with a microporous width of 0.76 nm.
Ferrierit, ein Zeolith mit der Formel Na₂Mg₂[Al₆Si₃₁O₇₂]·18
H₂O sowie dessen strukturelle kieselsäurereichen Isotypen,
z. B. ZSM-35, NU-23 mit Kanälen von 0,42×0,54 nm, die
durch Kanäle mit 0,48×0,35 nm verbunden sind;
Mordenit, ein Zeolith mit der Formel Na₈[Al₈Si₄₀O₉₆]·24 H₂O
sowie dessen kieselsäurereiche strukturelle Isotypen mit
0,7×0,65 nm-Kanälen, die durch kurze alternierende Kanäle mit
Porenweiten von 0,3 nm verbunden sind;
Heulandit, ein Zeolith mit Mikroporenweiten von 0,76×0,3
nm und 0,47×0,26 nm;
Clinoptilolit, ein Zeolith mit Kanaldurchmessern von
0,47×0,26 nm bzw. 0,46×0,33 nm;
Beispiele für Träger mit dreidimensionaler Mikroporenstruktur
sind:
Beta-Heulandit mit Mikroporenweiten von 0,75×0,57 nm bzw.
0,65×0,56 nm;
Faujasite, wie Linde X, Linde Y, SAPO-37, CSZ-3,LZ-210 mit
Mikroporenweiten von etwa 0,74 nm;
LTA (Linde Typ A) mit der Formel Na₁₂[Al₁₂Si₁₂O₄₈]·27 H₂O
sowie dessen strukturelle Isotypen SAPO-42 und die kieselsäu
rereichen Typen (1 Si/Al 3) mit einem Mikroporendurch
messer von 0,41 nm, die sich unter Bildung von sphärischen
Käfigen mit einem Durchmesser von 1,14 nm vereinigen;
MFI(ZSM-5 = Pentasil) mit der Formel Nan[Si96-nAlnO₁₉₂]·16 H₂O
(n 8) und dessen strukturelle Isotypen Silicalit-1(Si/Al =
∞), Boralit TS-1, (Si,Ge)-MFI, mit Kanaldurchmessern von
0,25×0,57 nm, wobei die Kanäle durch sinusförmige Kanäle mit
Weiten von 0,53×0,56 nm verbunden sind und an den Kreuzungs
punkten Käfige mit einem Durchmesser von etwa 0,9 nm gebildet
werden;
Faujasit mit der Formel Na₅₈ [Al₅₈Si₁₃₄O₃₄₈]·24 H₂O und die
strukturellen Isotypen Zeolith X (1 Si/Al 1,5), Zeolith Y
(Si/Al 2,5), SAPO-37 mit Kanalweiten von 0,74 nm und Verbin
dungskäfigen mit einem Durchmesser von 1,18 nm.Ferrierite, a zeolite having the formula Na₂Mg₂ [Al₆Si₃₁O₇₂] · 18 H₂O and its structural silicic acid isotypes, z. ZSM-35, NU-23 with channels of 0.42 x 0.54 nm connected by channels of 0.48 x 0.35 nm;
Mordenite, a zeolite having the formula Na₈ [Al₈Si₄₀O₉₆] · 24 H₂O and its siliceous structural isotypes with 0.7 × 0.65 nm channels, which are connected by short alternating channels with pore widths of 0.3 nm;
Heulandite, a microporous zeolite of 0.76 x 0.3 nm and 0.47 x 0.26 nm;
Clinoptilolite, a zeolite with channel diameters of 0.47 x 0.26 nm and 0.46 x 0.33 nm, respectively;
Examples of carriers with a three-dimensional microporous structure are:
Beta heulandite with micropore widths of 0.75 x 0.57 nm and 0.65 x 0.56 nm, respectively;
Faujasites such as Linde X, Linde Y, SAPO-37, CSZ-3, LZ-210 with micropore widths of about 0.74 nm;
LTA (Linde type A) with the formula Na₁₂ [Al₁₂Si₁₂O₄₈] 27 H₂O and its structural isotypes SAPO-42 and kieselsäu rereichen types (1 Si / Al 3) with a microporous diameter of 0.41 nm, resulting in the formation of combine spherical cages with a diameter of 1.14 nm;
MFI (ZSM-5 = pentasil) with the formula Na n [Si 96-n Al n O₁₉₂] x 16 H₂O (n 8) and its structural isotypes silicalite-1 (Si / Al = ∞), boralite TS-1, ( Si, Ge) -MFI, with channel diameters of 0.25 x 0.57 nm, which channels are connected by sinusoidal channels with widths of 0.53 x 0.56 nm and at the crossover score cages with a diameter of about zero , 9 nm are formed;
Faujasite with the formula Na₅₈ [Al₅₈Si₁₃₄O₃₄₈] · 24 H₂O and the structural isotypes zeolite X (1 Si / Al 1.5), zeolite Y (Si / Al 2.5), SAPO-37 with channel widths of 0.74 nm and verbin cages with a diameter of 1.18 nm.
Diese und andere Träger sind beispielsweise in den Literatur stellen H. van Bekkum, E.M. Flanigen, J.C. Jansen, "Introduc tion to Zeolite Science and Practice, Studies in Surface Science and Catalysis" Vol. 58, Elsevier 1991, Seiten 728-735 und in "Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie", Band 17, (1979), Seiten 9 bis 18 beschrieben (Mikroporenweiten etwa 0,4 bis 0,71 nm).These and other carriers are for example in the literature H. van Bekkum, E.M. Flanigen, J.C. Jansen, "Introduc tion to Zeolite Science and Practice, Studies in Surface Science and Catalysis "Vol. 58, Elsevier 1991, pages 728-735 and in "Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie", volume 17, (1979), pages 9 to 18 described (micropores approximately 0.4 to 0.71 nm).
Die Schichtsilicate unterscheiden sich von den vorstehend angegebenen Zeolithen dadurch, daß die Mikroporen wie beim Hydrotalcit nicht kanalförmig sind, sondern zweidimensionale Zwischenschichten (Schlitze) bilden, wobei die Porenweiten etwa 1 bis 2,5m, insbesondere 1 bis 2 nm betragen können. Beispiele für Schichtsilicate sind Zweischichtsilicate, wie Kaolin und Talk, und insbesondere die smektitischen Drei schichtsilicate, wozu u. a. Montmorillonit, Beidellit, Saponit, Glauconit und Hectorit zählen. Die Zwischenschichtabstände (Porenweiten) hängen von der Art der Zwischenschicht-Kationen ab. So vermindert sich der Zwischenschichtabstand, wenn die Alkali-Zwischenschichtionen durch Erdalkaliionen oder höher wertige Ionen ersetzt werden. Ein Spezialfall dieser Schicht silicate sind die verbrückten Schichtsilicate, die auch als "Pillared-Clays" bezeichnet werden. Bei diesen Schichtsili caten sind die einzelnen Schichten durch mehrwertige Polyoxy- Kationen (z. B. [Al₁₃O₄(OH)₂₄(H₂O)₁₂]7+ oder [Zr₄(OH)₈(H₂O)₁₆]8+) überbrückt, so daß die einzelnen Schichten gewissermaßen durch "Pfeiler" gegeneinander abgestützt sind. Die Schichtabstände betragen je nach dem interkalierten Kation etwa 0,4 bis 2,7 nm, z. B. 0,8 bis 0,9 nm für Al-"Pillared Clays" und 0,9 bis 1,1 nm für Zr-"Pillared Clays". Beispiele für unverbrückte Schichtsilicate finden sich in "Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie", Band 23 (1983), Seiten 311 bis 323. Beispiele für "Pillared-Clays" sind im Aufsatz von F. Figueras "Pillared Clays as Catalysts" in Catal. Rev. Sci. Eng., 30(3), S. 457-499 (1988) angegeben.The layered silicates differ from the above-mentioned zeolites in that the micropores are not channel-shaped as in hydrotalcite, but form two-dimensional intermediate layers (slits), wherein the pore widths can be about 1 to 2.5 m, in particular 1 to 2 nm. Examples of layered silicates are bilayer silicates, such as kaolin and talc, and in particular the smectitic three-layer silicates, which include montmorillonite, beidellite, saponite, glauconite and hectorite. The interlayer distances (pore widths) depend on the type of interlayer cations. Thus, the interlayer distance decreases when the alkaline interlayer ions are replaced by alkaline earth ions or higher-valent ions. A special case of these layer silicates are the bridged phyllosilicates, which are also referred to as "pillared clays". In these Schichtsili caten the individual layers by polyvalent polyoxy cations (eg., [Al₁₃O₄ (OH) ₂₄ (H₂O) ₁₂] 7+ or [Zr₄ (OH) ₈ (H₂O) ₁₆] 8+ bridged, so that the individual layers are effectively supported by "pillars" against each other. The layer spacings are depending on the intercalated cation about 0.4 to 2.7 nm, z. 0.8 to 0.9 nm for Al "pillared clays" and 0.9 to 1.1 nm for Zr "pillared clays". Examples of unbridged phyllosilicates can be found in "Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie", Volume 23 (1983), pages 311 to 323. Examples of "pillared clays" are in the article by F. Figueras "Pillared Clays as Catalysts" in Catal. Rev. Sci. Eng., 30 (3), pp. 457-499 (1988).
Die erfindungsgemäß besonders bevorzugten Träger sind die Hydrotalcite und die Hydrotalcit-ähnlichen Isotypen, bei denen die Magnesiumionen durch andere zweiwertige Ionen, wie Zn2+ oder Cu2+ und die Aluminiumionen durch andere dreiwertige Ionen wie Cr3+ und/oder Fe3+ ganz oder teilweise ersetzt sein können. Dadurch kann die Mikroporenweite variiert werden. Diese liegt im allgemeinen zwischen etwa 0,4 und 0,9 nm.The particularly preferred supports according to the invention are the hydrotalcites and the hydrotalcite-like isotypes in which the magnesium ions are replaced by other divalent ions such as Zn 2+ or Cu 2+ and the aluminum ions by other trivalent ions such as Cr 3+ and / or Fe 3+ or partially replaced. As a result, the micro pore size can be varied. This is generally between about 0.4 and 0.9 nm.
Das Absorptions/Oxidations-Mittel gemäß der Erfindung ist mit einem Oxidationsmittel belegt, das bevorzugt aus der Gruppe der Mn(VII)-, V(V)- oder Cr(VI)-Verbindungen ausgewählt ist. Beispiele für diese Verbindungen sind die Permanganate, wie KMnO₄, Vanadiumpentoxid oder Alkali-, Ammonium- oder Erdalkalivanadate (z. B. NH₄VO₃) oder CrO₃ bzw. die entsprechenden Alkali- oder Erdalkalichromate oder -bichro mate, wie Na₂CrO₇.The absorption / oxidation agent according to the invention is coated with an oxidizing agent, which is preferably selected from the group of Mn (VII) , V (V) or Cr (VI) compounds. Examples of these compounds are the permanganates, such as KMnO₄, vanadium pentoxide or alkali metal, ammonium or Erdalkalivanadate (eg., NH₄VO₃) or CrO₃ or the corresponding alkali or Erdalkalichromate or bichro mate, such as Na₂CrO₇.
Bevorzugt werden Verbindungen, die aufgrund der starken Elektronegativität des Sauerstoffs zersetzend auf die Hydride wirken, wie beispielsweise Alkali- und Erdalkalipermanganate, NH₄VO₃ und/oder Na₂CrO₇.Preference is given to compounds which, due to the strong Electronegativity of the oxygen decomposing on the hydrides such as alkali and alkaline earth permanganates, NH₄VO₃ and / or Na₂CrO₇.
Die Oxidationsmittel können auch in situ gebildet werden. So kann beispielsweise Silber auf dem Träger abgeschieden werden, das intermediär in Ag₂O umgewandelt wird, wenn den zu entfernenden gasförmigen Hydriden und/oder Halogenverbindungen Sauerstoff zugespeist wird. The oxidizing agents can also be formed in situ. So For example, silver may be deposited on the carrier, the intermediate is converted into Ag₂O, if the removing gaseous hydrides and / or halogen compounds Oxygen is fed.
Einige der erfindungsgemäß verwendeten Träger reagieren aufgrund ihres Alkali- oder Erdalkalimetallgehalts alkalisch, wodurch die oxidative Zersetzung bzw. die absorptive Bindung von sauer reagierenden Reaktanten und/oder Zersetzungspro dukten begünstigt wird. Dieser Effekt kann noch gesteigert werden, wenn der Träger zusätzlich mit einer oder mehreren basischen Verbindung(en), insbesondere mit mindestens einem Hydroxid oder einer anderen alkalisch reagierenden Verbindung eines Metalls der Alkali- oder Erdalkaligruppe, insbesondere von K, Na, Cs, Mg und/oder Ca, aktiviert wird.Some of the carriers used according to the invention react alkaline due to their alkali or alkaline earth metal content, whereby the oxidative decomposition or the absorptive bond of acidic reactants and / or decomposition pro is favored. This effect can be increased if the wearer additionally with one or more basic compound (s), in particular with at least one Hydroxide or other alkaline reacting compound a metal of the alkali or alkaline earth group, in particular of K, Na, Cs, Mg and / or Ca, is activated.
Die erfindungsgemäßen Absorptions/Oxidations-Mittel liegen vorzugsweise in Form von Rundlingen, Monolithen, Granulaten, Extrudaten oder Tabletten vor, was den Vorteil hat, daß der Strömungswiderstand in den Reaktoren herabgesetzt wird.The absorption / oxidation agents according to the invention are preferably in the form of round logs, monoliths, granules, Extrudates or tablets before, which has the advantage that the Flow resistance is reduced in the reactors.
Die Träger können mit Bindemitteln (z. B. Aluminiummetahydrat) oder anderen Aluminiumoxidhydraten zu Agglomeraten verbunden werden, wobei die Träger vorzugsweise in trockener Form vermischt werden. Auf dieser Stufe können auch die alkalischen Aktivatorsubstanzen in fester oder vorzugsweise in gelöster Form zugegeben werden. Anschließend werden die Oxidationsmit tel in gelöster Form zugesetzt, und das Gemisch wird vorzugs weise durch Kneten plastifiziert.The carriers can be treated with binders (eg aluminum metahydrate) or other alumina hydrates into agglomerates wherein the carriers are preferably in dry form be mixed. At this stage can also alkaline Activator substances in solid or preferably dissolved Form are added. Subsequently, the Oxidationsmit Added tel in dissolved form, and the mixture is preferred wise plasticized by kneading.
Zur Herstellung von Extrudaten wird die plastische Masse ohne weitere Zusätze direkt auf den gewünschten Durchmesser extru diert und getrocknet. Das erhaltene Absorptions/Oxidations-Mittel kann in dieser Form eingesetzt werden. Dies trifft insbesondere für die permanganathaltigen Zusammensetzungen zu, bei denen keine weitere Temperaturbehandlung vorgenommen wird. Die chromat- bzw. vanadathaltigen Zusammensetzungen werden zweckmäßig calciniert, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 350 bis 550°C.For the production of extrudates, the plastic mass without further additives directly to the desired diameter extru diert and dried. The obtained absorption / oxidation agent can be used in this form. This is true especially for the permanganate-containing compositions, where no further temperature treatment is carried out. The chromate or vanadate-containing compositions are appropriately calcined, preferably at temperatures of about 350 to 550 ° C.
Zur Herstellung von Tabletten wird die plastifizierte Masse getrocknet, über ein Sieb granuliert, mit einer geringen Menge eines Preßhilfsmittels, wie Graphit, vermischt und zu Tabletten gepreßt. Die Tabletten können anschließend calciniert werden.For the production of tablets, the plasticized mass dried, granulated over a sieve, with a small amount a pressing assistant, such as graphite, mixed and into tablets pressed. The tablets can then be calcined.
Zur Herstellung von Monolithen wird die plastische Masse auf eine geeignete Steifigkeit eingestellt und zu Waben extru diert. Anschließend können die monolithischen Waben calciniert werden.For the production of monoliths, the plastic mass on set a suitable stiffness and extruded into honeycomb diert. Subsequently, the monolithic honeycombs can be calcined become.
Natürlich kann die plastische Masse auch direkt getrocknet und gegebenenfalls calciniert und anschließend granuliert werden, beispielsweise auf eine mittlere Korngröße von etwa 1 bis 5 mm.Of course, the plastic mass can also be dried directly and optionally calcined and then granulated, for example, to an average particle size of about 1 to 5 mm.
Alternativ kann die plastische Masse direkt calciniert, dann granuliert, und anschließend in an sich bekannter Weise unter Verwendung eines Preßhilfsmittels zu Tabletten gepreßt werden.Alternatively, the plastic mass can be calcined directly, then granulated, and then in a conventional manner under Use of a pressing aid to tablets are pressed.
Die Erfindung ist anhand der nachstehenden Beispiele erläu tert. The invention will be elucidated by the following examples tert.
1500 g Träger (1. X-Zeolith [0,74 nm]; 2. Y-Zeolith [0,74 nm]; 3. Mordenit [0,3 nm]; 4. Pentasil [(0,54×0,52) nm]; 5. Ca- Bentonit [1,5 nm]; 6. Hydrotalcit[0,78nm]), 1500 g Aluminium metahydrat (Bindemittel) und 243 g Ca(OH)₂ wurden trocken in einem Kneter vermischt. 363 g KMnO₄, wurden in 500 ml Wasser gelöst. Die Lösungen wurden gemeinsam zu der Feststoffmischung dosiert, wobei zur Einstellung der optimalen Viskosität Wasser zugesetzt wurde (500 bis 1000 ml); die Mischung wurde 30 - 45 min plastifiziert. Die Mischung wurde mit einem Doppel-Z-Kneter geknetet und in einem Extruder (Händle PVZM 8B) zu Formkörpern mit einem Durchmesser von 1,5 mm extrudiert. Die Formkörper wurden zu Längen von etwa 3 mm gebrochen und 12 Stunden bei 120°C getrocknet.1500 g support (1st X zeolite [0.74 nm]; 2nd Y zeolite [0.74 nm]; 3. Mordenite [0.3 nm]; 4. pentasil [(0.54 x 0.52) nm]; 5. Ca Bentonite [1.5 nm]; 6. hydrotalcite [0.78nm]), 1500g of aluminum metahydrate (binder) and 243 g Ca (OH) ₂ were dry in a kneader mixed. 363 g of KMnO₄ were dissolved in 500 ml of water solved. The solutions became common to the solid mixture metered, wherein for setting the optimum viscosity of water was added (500 to 1000 ml); the mixture became 30 - 45 plasticized. The mixture was mixed with a double-Z kneader kneaded and in an extruder (Händle PVZM 8B) too Extruded moldings with a diameter of 1.5 mm. The Shaped bodies were broken into lengths of about 3 mm and 12 Hours dried at 120 ° C.
Es wurde wie nach Beispiel 6 gearbeitet, wobei jedoch anstelle von KMnO₄ 350 g Na₂Cr₂O₇ verwendet wurden. Nach der Trocknung wurden die gebrochenen Extrudate 3 Stunden bei 250°C calciniert.The procedure was as in Example 6, but instead of of KMnO₄ 350 g Na₂Cr₂O₇ were used. After drying the broken extrudates were at 250 ° C for 3 hours calcined.
Es wurde wie nach Beispiel 6 gearbeitet, wobei aber anstelle von KMnO₄ 327 g NH₄VO₃ verwendet wurden. Die gebrochenen Extrudate wurden 3 Stunden bei 500°C calciniert.The procedure was as in Example 6, but instead of of KMnO₄ 327 g NH₄VO₃ were used. The broken one Extrudates were calcined at 500 ° C for 3 hours.
Es wurde wie nach Beispiel 6 gearbeitet, wobei aber der KMnO₄- Gehalt halbiert wurde (182 g). The procedure was as in Example 6, but the KMnO₄- Content was halved (182 g).
Es wurde wie nach Beispiel 6 gearbeitet, wobei aber der doppelte KMnO₄-Gehalt (726 g) verwendet wurde.It was worked as in Example 6, but the double KMnO₄ content (726 g) was used.
1500 g Hydrotalcit, 1500 g Aluminiummetahydrat, 363 g KMnO₄, und 243 g Ca(OH)₂ wurden mit 2 Liter Wasser gemischt und wie nach Beispiel 6 plastifiziert. Die weitere Verarbeitung erfolgte wie nach Beispiel 6.1500 g of hydrotalcite, 1500 g of aluminum metahydrate, 363 g of KMnO₄, and 243 g of Ca (OH) ₂ were mixed with 2 liters of water and how plasticized according to Example 6. Further processing took place as in Example 6.
1500 g Hydrotalcit, 1500 g Aluminiummetahydrat und 363 g KMnO₄ wurden mit 2 Liter Wasser gemischt und plastifiziert. Dann wurde wie nach Beispiel 6 weitergearbeitet.1500 g of hydrotalcite, 1500 g of aluminum metahydrate and 363 g KMnO₄ were mixed with 2 liters of water and plasticized. Then, the procedure was continued as in Example 6.
Als Vergleich wurde ein kommerziell erhältlicher Hopcalit mit der Zusammensetzung 49,5 Gew.-% MnO₂, 21,8 Gew.-% CuO, 24,8 Gew.-% Al₂O₃, 3,80 Gew.-% Ag₂O und 0,1 Gew.-% K₂O in Form von Extrudaten mit einem Durchmesser von 1,5 mm und einer Länge von etwa 5 mm eingesetzt, wie er in der EP-B-0 309 099 beschrieben ist.As a comparison, a commercially available Hopcalite was the composition 49.5 wt .-% MnO₂, 21.8 wt .-% CuO, 24.8 Wt .-% Al₂O₃, 3.80 wt .-% Ag₂O and 0.1 wt .-% K₂O in the form of Extrudates with a diameter of 1.5 mm and a length used by about 5 mm, as described in EP-B-0 309 099 is described.
Nach der Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde ein Absorptions/ Oxidations-Mittel mit der Zusammensetzung 54 Gew. -% Al₂O₃, 16 Gew. -% SiO₂, 11 Gew. -% CaO und 1,4 Gew. -% KMnO₄ hergestellt.Following the procedure of Example 1, an absorption / Oxidizing agent with the composition 54 wt -.% Al₂O₃, 16 % By weight of SiO 2, 11% by weight of CaO and 1.4% by weight of KMnO 4.
Die beschriebenen Absorptions/Oxidations-Mittel (Absorber) wurden in ein Stahlrohr mit einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Länge von 150 mm gegeben. Das Absorbervolumen betrug 60 ml. Das obere und untere Ende der Schüttung wurde mit Quarzwolle abgedeckt. Als Meßgas diente ein Gemisch aus 20 Vol. -% SiH₄ oder AsH₃ in Stickstoff. Die Systeme wurden bei Raumtemperatur mit dem Meßgas bei einem Durchfluß von 250 ml/min (entsprechend einer Lineargeschwindigkeit von etwa 0,9 cm/s) beaufschlagt, und die Zeit bis zum Gasdurchbruch (End punktdetektion) wurde mit einem ICP-Spektrometer (Typ "Modu le", Fa. Spectro, Cleve) gemessen. Aus den erhaltenen Daten wurde die Kapazität in Liter Hydrid/kg Absorptions/Oxidations-Mittel berechnet.The described absorption / oxidation agents (absorbers) were in a steel tube with an inner diameter of 25 mm and a length of 150 mm. The absorber volume was 60 ml. The upper and lower end of the bed was with Covered with quartz wool. The measuring gas used was a mixture of 20 Vol. -% SiH₄ or AsH₃ in nitrogen. The systems were added Room temperature with the sample gas at a flow of 250 ml / min (corresponding to a linear velocity of about 0.9 cm / s), and the time to gas breakthrough (End point detection) was measured with an ICP spectrometer (type "Modu le ", Spectro, Cleve). From the data obtained the capacity was in liters hydride / kg absorption / oxidation agent calculated.
Die erhaltenen Ergebnisse für SiH₄/N₂ als Testgas bzw. AsH₃/N₂ als Testgas sind in Tabelle I bzw. Tabelle II zusammengefaßt.The results obtained for SiH₄ / N₂ as a test gas or AsH₃ / N₂ as test gas are summarized in Table I and Table II.
Weiterhin wurde in der gleichen Apparatur bei den gleichen Testbedingungen ein Testgas mit 20 Vol. -% SiF₄ und 80 Vol. -% N₂ untersucht. Die Ausgangskonzentration wurde wie bei den Hydriden bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III angegeben.Furthermore, in the same apparatus was the same Test conditions a test gas with 20 vol.% SiF₄ and 80 vol.% N₂ examined. The initial concentration was as in the Hydrides determined. The results obtained are in Table III indicated.
Die Ergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäßen Zusammenset zungen eine besonders hohe Oxidationskapazität für SiH₄ (Tabelle I) bzw. AsH₃ (Tabelle II) aufweisen. Prinzipiell besteht jedoch Aktivität gegenüber allen Hydriden, sowie gegenüber vielen Halogenverbindungen (Tabelle III). Der Vergleich der Beispiele 11 und 12 zeigt, daß die Zugabe eines Aktivators (Ca(OH)₂) in Beispiel 11 zu einer Erhöhung der Absorptionskapazität für SiH₄ und AsH₃ führt.The results show that the composition of the invention a particularly high oxidation capacity for SiH₄ (Table I) or AsH₃ (Table II). in principle However, there is activity towards all hydrides, as well compared to many halogen compounds (Table III). The Comparison of Examples 11 and 12 shows that the addition of a Activator (Ca (OH) ₂) in Example 11 to increase the Absorption capacity for SiH₄ and AsH₃ leads.
Auch die Absorptionskapazität für SiF₄ ist bei den erfindungs gemäßen Zusammensetzungen besser als bei den Vergleichszu sammensetzungen (vgl. Tabelle III). Ferner zeigt wie bei den Hydriden das Beispiel 11 eine bessere Absorptionskapazität als das Beispiel 12.The absorption capacity for SiF₄ is in the Invention compositions better than the Vergleichzu compositions (see Table III). Furthermore, as with the Hydrides Example 11 has a better absorption capacity than Example 12.
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