JP3368820B2 - フッ素化合物含有ガスの処理方法および触媒 - Google Patents
フッ素化合物含有ガスの処理方法および触媒Info
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Description
C3F8,C4F8から選ばれるフッ素化合物を、フッ素化
合物分解触媒を用いて加水分解する方法及びフッ素化合
物分解触媒に関する。
フッ素化合物ガスは、半導体エッチング材料、半導体及
び半導体装置洗浄用などに使用されている。しかし、こ
れらのフッ素化合物は大気中に放出されると、地球の温
暖化を引き起こす。今後、これらのフッ素化合物の使用
後の処理に対して、厳しい規制が行われると予想され
る。
が、特開平7−116466 号公報および特開平7−132211 号
公報に記載されている。特開平7−116466 号公報には、
PFC(perfluorocompounds)ガスを水又は酸素を含む
ガスの存在下で500〜1500℃の温度でフッ化水素処理
無機酸化物からなる分解剤と接触させてPFCガスを分
解することが記載されている。特開平7−132211 号公報
には、PFCガスをフッ化水素の存在下で500℃以上
の温度でSi,W,Mo,V,Bの酸化物から選ばれた
分解剤と接触させることが記載されている。
4,CHF3,C3F8,C4F8から選ばれたフッ素化合物
を分解剤を用いずに、比較的低い温度で効率よく分解す
る方法及びフッ素化合物分解触媒を提供するものであ
る。
の発明は、フッ素化合物含有ガスをフッ素化合物分解触
媒の下で加水分解してフッ化水素を含む分解生成物を生
成する方法であって、CF4 あるいはCHF3 からなる
フッ素化合物をアルミニウム(Al)と亜鉛(Zn)か
らなる触媒によって処理し、C4F8からなるフッ素化合
物をAlとZnからなる触媒あるいはAlとZnとニッ
ケル(Ni)からなる触媒によって処理し、C3F8から
なるフッ素化合物をAlとNiからなる触媒によって処
理することを特徴とするフッ素化合物含有ガスの処理方
法にある。
の方法において、前記フッ素化合物を加水分解すること
によって生成した分解生成物を含むガスをアルカリ洗浄
して酸成分を除去することを特徴とするフッ素化合物含
有ガスの処理方法にある。
3 およびC4F8から選ばれたフッ素化合物を加水分解す
るために使用される触媒であって、AlとZnからな
り、少なくともAlとZnの複合酸化物が含まれ、Al
とZnの比率が原子比でAl;50−99モル%、Z
n;50−1モル%からなることを特徴とするフッ素化
合物分解触媒にある。
フッ素化合物を加水分解するために使用される触媒であ
って、AlとZnとNiからなり、酸化物の形で含ま
れ、AlとZnとNiの比率が原子比でAl;50−9
9モル%、ZnとNiの合計;50−1モル%からなる
ことを特徴とするフッ素化合物分解触媒にある。
フッ素化合物を加水分解するために使用される触媒であ
って、AlとNiからなり、少なくともAlとNiの複
合酸化物が含まれ、AlとNiの比率が原子比でAl;
50−99モル%、Ni;50−1モル%からなること
を特徴とするフッ素化合物分解触媒にある。
よく、これによりフッ素化合物の分解活性を高めること
ができる。Sの添加方法としては、触媒調製時に硫酸塩
を使用する、硫酸を使用する、などが適用できる。触媒
中のSは、SO4 イオンの形態等で存在し、触媒の酸性
質を強める働きをする。
99モル%で、残りがZn,Ni或いはZnとNiであ
る。この比率をずれると、フッ素化合物の分解活性が悪
くなる。
フッ素化合物を含むガス流中に酸素を添加してもよい。
分解ガス中のCOの酸化反応に使うことができる。
るフッ素化合物中のF数と少なくとも同等になるよう調
節する必要がある。このことにより、化合物中のFはH
Fになり、分解生成物中のFは後処理しやすいハロゲン
化水素の形態となる。
ッ素化合物の種類および触媒成分によって異なる。Al
とZnからなる触媒を用いる場合の反応温度は、対象ガ
スがC4F8のときには650−800℃が好ましく、C
HF3 又は、CF4 のときには500−800℃が好ま
しい。AlとZnとNiからなる触媒によりC4F8ガス
を分解するときの反応温度およびAlとNiからなる触
媒によりC3F8ガスを分解するときの反応温度は、いず
れも650−800℃が好ましい。これ以上の高温で使
用すると、高分解率は得られるが、触媒の劣化が速い。
また、装置材料の腐食速度が急激に大きくなる。逆に、
これ以下の温度では分解率が低い。
物にはHFが含まれるので、大気中へ放出する前に予め
水あるいはアルカリ水溶液をスプレーして洗浄し、HF
を除去することが望ましい。これらの洗浄方法は効率が
高く、結晶析出などによる配管の閉塞が起こりにくいの
で好ましい。水あるいはアルカリ水溶液中に分解生成ガ
スをバブリングする方法あるいは充填塔を用いて洗浄す
る方法でもよい。また、アルカリ性の固体を用いてもよ
い。
しては、γ−アルミナ,γ−アルミナとδ−アルミナの
混合物などを使用することができる。ベーマイトなどを
Al原料として用い、最終的な焼成により酸化物を形成
するのも好ましい方法である。
分の原料としては、硝酸塩,硫酸塩,塩化物などを用い
ることができる。
に用いられている沈殿法,含浸法,混練法、などいずれ
も使用できる。
或いはハニカム状などに成形して使用することができ
る。成形法としては、押出成形法,打錠成形法,転動造
粒法など任意の方法を採用できる。また、セラミックス
や金属製のハニカムや板にコーティングして使用するこ
ともできる。
れる反応器は、通常の固定床,移動床あるいは流動床型
のものでもよいが、分解生成ガスとしてHFなどの腐食
性のガスが発生するので、これらの腐食性のガスによっ
て損傷しにくい材料で反応器を構成すべきである。
含有ガスの処理方法を適用することもできる。この場
合、分解反応槽の前段でガス中に含まれるSiF4 など
の不純物を予め除去すると、触媒の性能低下が起こりに
くい。半導体工場には一般に酸成分ガスの排ガス処理装
置及び廃液処理装置があるため、これを利用し、本発明
の触媒のみをCF4 などのフッ素化合物の排ガスライン
に設置し、水蒸気を添加して加熱すれば、フッ素化合物
を分解処理することができる。
ラック等に積載し、廃棄されたフッ素化合物詰めボンベ
が貯蔵されている場所へ運搬して、処理することもでき
る。また、排ガス洗浄槽内の洗浄液を循環する循環ポン
プや、排ガス中の一酸化炭素などを吸着する排ガス吸着
槽を同時に搭載してもよい。発電機などを搭載してもよ
い。
れば、従来の他の処理方法に比べて低温でフッ素化合物
を分解することができる。
解して生成するHFなどの酸成分による装置材料の腐食
が問題となるが、本発明によれば、使用する温度が低温
であるため腐食速度が小さく、装置のメンテナンス頻度
を減少できる。
法は、フッ素化合物を分解する触媒分解工程と分解生成
ガス中の酸成分を除去する工程とを備えるだけでよいの
で、装置を小型化できる。
水蒸気との反応によるため、安全性が高く、可燃ガスを
使用した場合のように爆発などの危険性がない。
詳細に説明する。本発明は、これら実施例にのみ限定さ
れるものではない。
に空気を添加して希釈した。この希釈ガスに、さらに水
蒸気を添加した。水蒸気は純水を反応管上部へマイクロ
チューブポンプを用いて供給しガス化させた。反応ガス
中のCF4 濃度は約0.5% であり、水蒸気はフッ素化
合物の約50倍となるように流量を調節した。この反応
ガスを、AlとZnからなるフッ素化合物分解触媒を設
置してある反応管に供給し、空間速度1,000 毎時で
触媒と接触させた。反応管は外部から電気炉により加熱
し、触媒を所定温度に保つようにした。
媒層を反応管中央に有しており、内部に外径3mmのイン
コネル製の熱電対保護管を有している。反応管を出た分
解生成ガスは水酸化ナトリウム溶液中にバブリングさせ
たあとで大気中に放出した。CF4 の分解率は、TCD
(Thermal Conductivity Detector)ガスクロマトグラフ
により次式で求めた。
調製した。市販のベーマイト粉末を120℃で1時間乾
燥した。この乾燥粉末126.65g に、硝酸亜鉛6水
和物96.39g を溶かした水溶液を添加し、混練し
た。混練後、250〜300℃の温度に約2時間加熱し
て乾燥し、700℃で2時間焼成した。焼成物を粉砕,
篩い分けして0.5 −1mm粒径とした。完成後の触媒組
成は原子比でAl:Zn=85:15(mol %)であっ
た。
たところ、検出されたピークは全てZnAl2O4のもの
であり、AlとZnは複合酸化物の形態で存在してい
た。X線回折パターンを図2に示す。なおX線源にはC
uKα線を用いた。
に同様の方法で分解したCHF3 ,C4F8の分解率も併
せて示す。CHF3 ,C4F8の分解率はFID(FlameI
onization Detector)ガスクロマトグラフを用いて算出
した。
線であり、符号2はCHF3 の分解率を示す母線、符号
3はC4F8の分解率を示す曲線である。これからわかる
ように、反応温度が高くなるほど、高い分解率が得られ
る。
度600℃以上で90%を超える分解率が得られた。C
4F8の分解では、反応温度650℃で約50%,700
℃でほぼ100%の分解率が得られた。
いて、実施例1と同様の方法でC3F8の分解活性を調べ
た。AlとNiからなる触媒は次のようにして調製し
た。市販のベーマイト粉末を120℃で1時間乾燥し
た。この乾燥粉末200gに、硝酸ニッケル6水和物2
10.82g を溶かした水溶液を添加し、混練した。混
練後、250〜300℃で約2時間乾燥し、700℃で
2時間焼成した。焼成物を粉砕,篩い分けして0.5 −
1mm粒径とした。完成後の触媒組成は原子比でAl:N
i=80:20(mol %)であった。図3の各温度での
分解率を示す。なお、C3F8の分解率はFIDガスクロ
マトグラフを用いて算出した。
パターンを示す。X線源にはCuKα線を用いた。検出さ
れたピークはNiAl2O4とNiOのものであり、Al
とNiの一部は複合酸化物を形成していた。
00℃では20%程度にすぎなかったが、反応温度65
0℃で50%程度になり、反応温度700℃で80%以
上が得られ、反応温度750℃でほぼ100%になるこ
とが明らかにされた。
媒を用いて、実施例1と同様の方法でC4F8の分解活性
を調べた。AlとNiとZnからなる触媒は次のように
して調製した。市販のベーマイト粉末を120℃で1時
間乾燥した。この乾燥粉末200gに、硝酸ニッケル6
水和物210.82g、硝酸亜鉛6水和物152.31g
を添加し、水を加えて混練した。混練後、250〜30
0℃で約2時間乾燥し、700℃で2時間焼成した。焼
成物を粉砕,篩い分けして0.5 −1mm粒径とした。完
成後の触媒組成は原子比でAl:Ni=80:20(mo
l %)、Al:Zn=85:15(mol %)であった。
図5に各温度での分解率を示す。なお、C4F8は分解率
はFIDガスクロマトグラフを用いて算出した。Alと
Znからなる触媒にくらべて、AlとNiとZnからな
る触媒の方が、低い反応温度での分解率が高いことが明
らかにされた。
F8,C4F8から選ばれるフッ素化合物ガスを、フッ素
化合物分解触媒を用いて比較的低い温度で効率よく分解
することができる。
F3,C4F8の分解率と反応温度との関係を示す特性
図。
示す図。
と反応温度との関係を示す特性図。
示す図。
分解率と反応温度との関係を示す図。
を示す曲線、3…C4F8の分解率を示す曲線。
Claims (5)
- 【請求項1】フッ素化合物含有ガスをフッ素化合物分解
触媒の下で加水分解してフッ化水素を含む分解生成物を
生成する方法であって、CF4 あるいはCHF3 からな
るフッ素化合物をAlとZnからなる触媒によって処理
し、C4F8からなるフッ素化合物をAlとZnからなる
触媒あるいはAlとZnとNiからなる触媒によって処
理し、C3F8からなるフッ素化合物をAlとNiからな
る触媒によって処理することを特徴とするフッ素化合物
含有ガスの処理方法。 - 【請求項2】請求項1に記載の方法において、前記フッ
素化合物を加水分解することによって生成した分解生成
物を含むガスをアルカリ洗浄して酸成分を除去すること
を特徴とするフッ素化合物含有ガスの処理方法。 - 【請求項3】CF4,CHF3およびC4F8から選ばれた
フッ素化合物を加水分解するために使用される触媒であ
って、AlとZnからなり、少なくともAlとZnの複
合酸化物が含まれ、AlとZnの比率が原子比でAl;
50−99モル%、Zn;50−1モル%からなること
を特徴とするフッ素化合物分解触媒。 - 【請求項4】C4F8からなるフッ素化合物を加水分解す
るために使用される触媒であって、AlとZnとNiか
らなり、酸化物の形で含まれ、AlとZnとNiの比率
が原子比でAl;50−99モル%、ZnとNiの合
計;50−1モル%からなることを特徴とするフッ素化
合物分解触媒。 - 【請求項5】C3F8からなるフッ素化合物を加水分解す
るために使用される触媒であって、AlとNiからな
り、少なくともAlとNiの複合酸化物が含まれ、Al
とNiの比率が原子比でAl;50−99モル%、N
i;50−1モル%からなることを特徴とするフッ素化
合物分解触媒。
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