JP6885922B2 - 過酸化水素溶液の精製のための方法およびシステム - Google Patents

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関連出願への相互参照
本出願は、米国仮出願シリアル番号第６２／１４３，３５６号（出願日：２０１５年４月６日）および米国仮出願シリアル番号第６２／２１３，５２６号（出願日：２０１５年９月２日）の利益を主張する。同文献の開示内容全体を参照により明示的に組み込み、明示的に本出願の一部とする。

開示の分野

本開示は、高純度プロセスガスのソースとして用いられ得る原料液（特に、過酸化水素またはヒドラジンなどの反応性の原料液）の精製のための方法およびシステムに関する。

多様なプロセスガスが、マイクロエレクトロニクスの製造および処理において用いられ得る。加えて、多様な化学薬品が、高純度ガスを必要とする他の環境（例を非限定的に挙げると、マイクロエレクトロニクス用途、ウェーハクリーニング、ウェーハボンディング、フォトレジスト剥離、シリコン酸化、表面パッシベーション、フォトリソグラフィーマスククリーニング、原子層堆積、原子層エッチング、化学蒸着、フラットパネルディスプレイ、バクテリア、ウイルスおよび他の生物学的薬剤で汚染された表面の殺菌、工業部品のクリーニング、製薬、ナノ材料生成、発電および制御装置、燃料電池、動力伝達装置、ならびに、プロセス制御および純度が重要考慮事項である他の用途などの重要プロセス）において用いられ得る。これらのプロセスにおいて、制御された動作条件（例えば、温度、圧力、および流量）下において特定の量の特定のプロセスガスを供給する必要がある。

多様な理由のため、プロセス化学薬品の気相供給の方が、液相供給よりも好まれる。低質量流量のプロセス化学薬品を必要とする用途において、プロセス化学薬品の液体供給は不正確であるかまたは清浄度が不十分である。供給容易性、精度および純度の観点から、気体供給が望ましい。ガス流装置は、液体供給装置よりも高精度制御に適応させ易い。さらに、マイクロエレクトロニクス用途および他の重要プロセスは典型的には、液体供給よりも気体供給をずっと容易にする広範囲のガス取扱システムを有する。１つのアプローチとしては、プロセス化学薬品成分を使用ポイントまたはその近隣において直接気化させる方法がある。液体を気化させると、高重量の汚染物質を残留させるプロセスが得られ、よってプロセス化学薬品が精製される。しかし、安全、取扱、安定性および／または純度の理由のため、直接気化させることに適さない多数のプロセスガスが存在する。

マイクロエレクトロニクス用途および他の重要プロセスにおいては、多数のプロセスガスが用いられている。オゾンは、典型的には半導体の表面（例えば、フォトレジスト剥離）の清浄として用いられる、また酸化剤としても用いられる（例えば、酸化物層または水酸化物層を形成する）ガスである。マイクロエレクトロニクス用途および他の重要プロセスにおいてオゾンガスを使用する１つの利点として、従来の液体ベースのアプローチと対照的に、ガスの場合、表面上の高アスペクト比フィーチャへのアクセスが可能であるという点がある。例えば、国際半導体技術ロードマップ（ＩＴＲＳ）によれば、現在の半導体プロセスは、２０〜２２ｎｍものごく小さなハーフピッチに適合しなければならない。半導体関連技術の次の節目として、ハーフピッチは１４〜１６ｎｍになることが期待されており、ＩＴＲＳは、近い将来にハーフピッチが１０ｎｍ未満になることを要求している。これらの寸法においては、液体ベースの化学処理の場合、プロセス液体の表面張力に起因して深い穴または溝の底部および高アスペクト比フィーチャの角部へアクセスが妨げられるため、その処理を実行することは不可能である。そのため、液体ベースのプロセスの特定の制限を解消するため、場合によってはオゾンガスが用いられる。なぜならば、ガスの場合、このような表面張力の制約が無いからである。液体ベースのプロセスの特定の制限を解消するために、プラズマベースのプロセスも用いられている。しかし、オゾンベースおよびプラズマベースのプロセスの場合、固有の一連の制約がある（例えば、特に、動作コスト、不十分なプロセス制御、望ましくない副反応、および不十分なクリーニング）。

より最近では、特定の用途において、過酸化水素がオゾンの代替物として検討されている。しかし、過酸化水素の場合、高濃度の過酸化水素溶液（hydrogen peroxide solutions）では安全性および取扱に懸念があり、気相において高濃度の過酸化水素を得ることが困難であるため、用途が限られる。過酸化水素は典型的には、水溶液として利用可能である。加えて、過酸化水素は蒸気圧が比較的低い（沸点がほぼ１５０℃）ため、過酸化水素供給のための利用可能な方法および装置は一般的には、過酸化水素含有ガス流体を充分な濃度の過酸化水素と共に提供しない。

多様な過酸化水素溶液の蒸気圧および蒸気組成の研究については、例えば、右記を参照されたい：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ， Ｗａｌｔｅｒ Ｃ． Ｓｃｈｕｍｂ， Ｃｈａｒｌｅｓ Ｎ． Ｓａｔｔｅｒｆｉｅｌｄ ａｎｄ Ｒａｌｐｈ Ｌ． Ｗｅｎｔｗｏｒｔｈ， Ｒｅｉｎｈｏｌｄ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， １９５５， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， 右記において販売：ｈｔｔｐ：／ｌｈｄｌ．ｈａｎｄｌｅ．ｎｅＵ２０２７／ｍｄｐ．３９０１５００３７０８７８４。さらに、研究によれば、真空中への供給を行った場合、過酸化水素がさらに低濃度になる（例えば、右記を参照：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ， Ｓｃｈｕｍｂ， ｐｐ． ２２８−２２９）。３０％Ｈ_２０_２水溶液の蒸気組成を真空を用いて３０ｍｍＨｇにおいて供給した場合、同じ溶液を大気圧で供給した場合に期待される過酸化水素のほぼ半分が得られることが予測される。

低揮発性化合物の気相供給を行う場合、特定の独自の問題が複数ある。１つのアプローチとしては、プロセス化学薬品がより高揮発性の溶媒（例えば、水または有機溶媒（例えば、イソプロパノール））と混合された多成分液体源を提供する方法がある。しかし、多成分溶液が供給すべき液体源（例えば、過酸化水素および水）である場合、多成分溶液についてラウールの法則が関連する。ラウールの法則によれば、理想的な２成分溶液について、当該溶液の蒸気圧は、各成分の純溶液（pure solution）について蒸気圧の加重和に等しく、ここで、重量は、各成分のモル分率である。
Ｐ_ｔｏｔ＝Ｐ_ａＸ_ａ＋Ｐ_ｂＸ_ｂ

上記等式において、Ｐ_ｔｏｔは、２成分溶液の全体的蒸気圧であり、Ｐ_ａは、成分Ａの純溶液の蒸気圧であり、Ｘ_ａは、２成分溶液中の成分Ａのモル分率であり、Ｐ_ｂは、成分Ｂの純溶液の蒸気圧であり、Ｘ_ｂは、２成分溶液中の成分Ｂのモル分率である。そのため、ＡおよびＢが異なる蒸気圧を持つ場合、液相における各成分の相対的なモル分率は、液体上の気相中のものとは異なる。詳細には、より高揮発性の成分（すなわち、より高蒸気圧の成分）は、液相にあるときよりも、気相にあるときの方が相対的なモル分率がより高くなる。加えて、典型的なガス供給装置（例えば、バブラー）の気相は、キャリアガスによって連続的に押し流されるため、２成分液体溶液の組成およびよって液体上方の気体ヘッドスペースは動的である。

そのため、ラウールの法則によれば、真空が多成分液体溶液のヘッドスペース上に引かれた場合または気相において溶液を供給するために従来のバブラーまたは気化器が用いられた場合、液体溶液のより低揮発性の成分よりもより高揮発性の成分の方が優先的に除去される。その結果、気相での供給が可能なより低揮発性の成分の濃度が制限される。例えば、キャリアガスを３０％過酸化水素／水溶液を通じて発泡させた場合、わずか約２９５ｐｐｍの過酸化水素が供給され、残りは全て水蒸気（約２０，０００ｐｐｍ）およびキャリアガスになる。

多成分液体溶液をプロセスガスのソースとして用いた場合、その結果供給速度差が発生するため、プロセス制御の反復が困難になる。連続的に変化する混合物の場合、プロセスレシピを決定することは困難である。加えて、液体源の成分の比率が連続的に変化する場合、その測定を制御することは容易ではなく、仮に可能であったとしても、プロセスに統合することは高コストかつ困難である。加えて、特定の溶液は、液体源の成分の相対的な比率が変化した場合、有害になる。例えば、水中の過酸化水素は、濃度が約７５％を超えると爆発性になる。すなわち、水性の過酸化水素溶液を通じた乾性ガスの発泡によって過酸化水素を供給した場合またはこのような溶液の上方のヘッドスペースを空にした場合、安全な溶液（例えば、３０％Ｈ_２Ｏ_２／Ｈ_２Ｏ）が取り込まれ、それが過酸化水素を７５％を超えて含む有害な材料へ変換される。そのため、現在利用可能な供給装置および方法の場合、制御された量のプロセスガスを多数のマイクロエレクトロニクス用途および他の重要プロセスにおいて高精度かつ安全に一貫して供給するには不十分である。

１４重量％を超えた（例えば、２５重量％以上（例えば、５０重量％以上）の）濃度の過酸化水素を使用することに最近関心が集まっている。このような溶液は、低濃度では用いられない特定の安定剤を含み得る。安定剤が存在する場合、濃縮過酸化水素が用いられる用途において安定剤と接触する機器または材料の性能を最終的に劣化または損傷し得る。さらに、安定剤が存在する場合、任意の数の用途または重要プロセスにおいて過酸化水素ガスによって清浄されるべき材料または表面上に安定剤が不必要に堆積する可能性がある。そのため、このような安定化された過酸化水素溶液を使用前に精製する方法が必要とされている。

以下の図面は、本明細書の一部を形成し、本開示の特定の態様および実施形態をさらに示すために記載される。本開示は、これらの図面のうち１つ以上を本明細書中の特定の実施形態の記載と共に参照すれば、より深く理解され得る。

図１は、気化器用の補給用原料液の精製の模式図である。本発明による異なる原料液を保持および搬送する装置の多様な構成要素の配置構成を図示する。

特定の実施形態の要旨
本発明の１つの態様において、方法は、以下のステップを含む：
ａ）過酸化水素および１つ以上の陽イオンを含む溶液を提供するステップ、および

ｂ）溶液をイオン交換ポリマーと接触させて、１つ以上の陽イオンを低減された含有量で有する精製された溶液を生成するステップ。

この溶液は、陽イオンを安定剤として含み得る（例えば、溶液は、１４重量％を超える過酸化水素を含む）。本方法によれば、溶液中の１つ以上の陽イオンの含有量が低減し、これにより、後続の溶液の処理または使用時における可能性のある悪影響が低減されるかまたは排除される。

イオン交換ポリマーとの接触後、精製された溶液に対して、さらなる処理ステップが行われ得る。さらなる処理ステップは、例えば、精製された液体溶液から蒸気を別のイオン交換膜との接触を通じて形成することを含み得る。さらなる処理ステップは、例えば、精製された蒸気溶液を別のイオン交換膜と接触させることおよび／またはその結果得られる蒸気を重要プロセスまたは用途へ供給することも含み得る。

本開示において、精製された過酸化水素溶液の供給のためのシステムおよび装置（devices, apparatuses）も提供される。これらのシステムおよび装置は、以下の要素を含む。
ａ）過酸化水素および１つ以上の陽イオンを含む溶液、
ｂ）溶液と接触するイオン交換ポリマー、および
ｃ）溶液およびポリマーを収容するように構成されたハウジング。

特定の実施形態において、システムおよび装置における溶液は、液体である。他の実施形態において、溶液は蒸気である。特定の実施形態において、システムおよび装置は、精製された液体溶液と接触する第２のイオン交換ポリマーをさらに含む。特定の実施形態において、システムおよび装置は、過酸化水素蒸気を重要プロセスまたは用途へ供給させるための１つ以上の流れ制御装置をさらに含む。

さらなる実施形態および特徴について、以下の詳細な説明において記載する。そのような実施形態および特徴は、当業者にとって明らかであり、あるいは、本明細書または特許請求の範囲に記載のような実施形態を実施することにより、認識される。

特定の実施形態の詳細な説明
以下、本発明の多様な実施形態について、詳細に説明する。以下の一般的記載および以下の詳細な説明はひとえに例示的なものであり、特許請求の範囲に記載の本発明を制限するものではないことが理解されるべきである。特定の実施形態または特徴の記載は全て、本発明の特定の例示的態様を例示するためのものである。本発明は、本明細書中に具体的に記載される実施形態に限定されない。

他に明記無き限り、例えば温度、重量パーセント、濃度、期間、寸法および値を示す数値は全て、本明細書および特許請求の範囲において用いられる特定のパラメータまたは物性についてのものであり、全ての場合において「約」という用語で修飾されるものとして理解される。本明細書および特許請求の範囲において用いられる正確な数値および範囲は、本発明のさらなる実施形態を形成することも理解されるべきである。全ての測定は、不確実性および実験変動性に晒される。

本明細書において用いられるように、「実質的にガス不透過性の膜」とは広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。また、「実質的にガス不透過性の膜」とは、気体または液相中に存在し得るいくつかの成分（例えば、過酸化水素）に対して相対的に透過性でありかつ他のガス（例を非限定的に挙げると、水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、炭化水素（例えば、エチレン）、揮発性酸および揮発性塩基、耐火化合物、および揮発性有機化合物）に対して相対的に不透過性である膜を非限定的に指す。本開示による実質的にガス不透過性の膜は、気体または液相中に存在し得る他の成分（例えば、水、過酸化水素、ヒドラジン）に対して相対的に透過性であり得る。実質的にガス不透過性の膜の例を挙げると、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）（（Ｅ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏ．， Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ， ＤＥ））および塩誘導体およびＡＱＵＩＶＩＯＮ（登録商標）（Ｓｏｌｖａｙ Ｓ．Ａ．， Ｂｒｕｓｓｅｌｓ， Ｂｅｌｇｉｕｍ）または３Ｍ ＩＯＮＯＭＥＲ（登録商標）（３Ｍ Ｃｏ．， Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ， ＭＮ）。ガス透過性は、膜の「漏れ率」によって決定され得る。

本明細書において用いられるように、「重要プロセスまたは用途」とは広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。「重要プロセスまたは用途」とは、プロセス制御および純度が重要考慮事項であるプロセスまたは用途を非限定的に指す。重要プロセスおよび用途の例を非限定的に挙げると、マイクロエレクトロニクス用途、ウェーハクリーニング、ウェーハボンディング、フォトレジスト剥離、シリコン酸化、表面パッシベーション、フォトリソグラフィーマスククリーニング、原子層堆積、原子層エッチング、化学蒸着、フラットパネルディスプレイ、バクテリア、ウイルスおよび他の生物学的薬剤で汚染された表面の殺菌、工業部品のクリーニング、製薬、ナノ材料生成、発電および制御装置、燃料電池、および動力伝達装置がある。

本明細書において用いられるように、「漏れ率」とは、広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。「漏れ率」とは、単位時間あたりに膜表面積を貫通する特定のガスの質量またはモルを非限定的に指す。

本明細書において用いられるように、「イオン交換膜」とは、広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。「イオン交換膜」とは、膜と外部物質との間のイオン結合またはイオン交換が可能な化学基を含む膜を非限定的に指す。このような化学基を非限定的に挙げると、スルホン酸、カルボン酸、スルホンアミド、スルホニルイミド、リン酸、ホスフィン酸、ヒ素基、セレン基、フェノール基、およびその塩がある。イオン交換膜を修飾した結果塩が得られた場合、本明細書中、このような塩を「イオン交換膜塩」と呼ぶ。イオン交換膜が膜ベース気化器の構成要素であり、イオン交換膜を横切って原料液の化学成分が搬送により気相に入る場合、イオン交換膜は、イオン交換「分離」膜と呼ばれ得る。

本明細書において用いられるように、「相対的に一定の」というのは広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。「相対的に一定の」とは、値が経時的に変化し得るが、当該値が無効になるかまたは実質的に有効性が低くなるような大幅な変化はしないことを非限定的に指す。低揮発性成分（例えば、Ｈ_２Ｏ_２）の濃度が増加する文脈において、これは、重要プロセスまたは用途へ適用される充分な期間にわたっての低揮発性成分ガスの安定したガス供給を提供するように、濃度を充分に高レベルで維持していることを意味する。例えば、１時間あたりの平均の３％以内または５％までの標準偏差の維持は、相対的に一定であるとみなされる。

本明細書において用いられるように、「平衡濃度」とは広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。「平衡濃度」とは、材料浄化のために例えば用いられるように、気相へ供給され得、温度およびヘッドスペース圧力に依存するより低揮発性の成分の最大量を非限定的に指す。このような平衡条件下において、気相中におけるより高揮発性の成分に対するより低揮発性の成分のモル比は、多成分原料液の補給に用いられる液体の溶相中におけるより高揮発性の成分に対するより低揮発性の成分のモル比に相当する。多成分を含む溶液中において、本発明によるこのような平衡条件下、気相中におけるより高揮発性の成分に対するより低揮発性の成分のモル比は、多成分原料液の補給に用いられる液体の溶相中におけるより高揮発性の成分に対するより低揮発性の成分のモル比に相当する。

本明細書において用いられるように、「安定」とは、多成分原料液（例えば、安定した定常濃度における気相中の過酸化水素）からのより低揮発性の成分を含む出力ガスの文脈において、特定のパラメータを超えて（例えば、いくつかの実施形態において１０％を超えて、他の実施形態において５％、３％または２％を超えずに）変化しない出力濃度を意味する。この用語は、気相中のより低揮発性の成分の平衡濃度が達成され、重要プロセスまたは用途へ供給されていると適用される。本明細書中のパーセンテージは、測定されたガス出力の平均に対する平均からの標準偏差である。

本明細書において用いられるように、「安定定常濃度」とは、多成分原料液からのより低揮発性の成分を含む出力ガスの文脈において本明細書中これらの用語が用いられる場合、出力が安定かつ平衡状態の濃度まで増加したことを意味する。

本明細書において用いられるように、「ガス」とは、当業者に深く理解されるように、液体、固体またはプラズマではない気体種を意味する。さらに、ガスは、例えばネブライザーまたはアトマイザーによって生成されるようなミストまたは霧ではない。この用語は、標準凝縮核生成カウンタ（standard condensation nucleation counter）によって測定されるとき、体積１リットルにおける標準温度および圧力条件において、ガス生成原料液からの１００ｎｍより大きいサイズの液体の粒子が１００個未満であることをさらに意味する。液滴粒子が有害である特定の重要用途において、「ガス」という用語は好適には、標準凝縮核生成カウンタ（入手元：ＭＳＰ、ミネソタ）、粒子測定システムまたは他の容易に入手可能な市販の器具によって測定されるとき、体積１リットル中の標準温度および圧力条件において、１００ｎｍ、５０ｎｍ、２５ｎｍまたは１０ｎｍより大きい粒子が１０個未満であることを意味する。多成分液体（例えば、水および過酸化水素）において、当該液体を気化し、重要プロセス用途（例えば、浄化すべき材料）へ供給する際、過酸化水素は気相にある。対照的に、水を気化させ、キャリアガス中に導入する際、水はガスまたは蒸気のいずれかであり得る。

本明細書において用いられるように、「プロセスガス」とは広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。「プロセスガス」とは、重要用途プロセス（例えば、材料浄化、半導体の表面のクリーニングまたは酸化物やヒドロキシルリガンドの形成のための半導体表面の化学修飾）において用いられるガスを非限定的に指す。同様に、このような表面は、炭素原子の除去によって不動態化してもよいし、あるいは、フォトレジストまたはフォトレジスト副産物と反応させて、またはスピンオン誘電体またはスピンオンシリコンベース前駆物質を焼きなましてもよい。例示的なプロセスガスとしては、水、無機酸、有機酸、無機塩基、有機塩基、ならびに無機および有機の溶媒がある。特定のプロセスガスとして、過酸化水素ガスである。別の特定のプロセスガスは、ヒドラジンを含む。プロセスガス「流体」とは、パイプ、管または他の導管を通じてプロセスガスが用いられ得る場所まで搬送され得るプロセスガスの流れを指す。プロセスガス流体は、キャリアガスを含み得る。

本明細書において用いられるように、「キャリアガス」とは広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。「キャリアガス」とは、典型的には１列の配管であるプロセストレインを通じて別のガスの搬送に用いられるガスを非限定的に指す。例示的なキャリアガスとしては、窒素、アルゴン、水素、酸素、ＣＯ_２、清浄な乾いた空気、室内気、ヘリウム、あるいは室温および大気圧において安定している他のガスまたはこれらの組み合わせがある。キャリアガスは、不活性ガスであり得る。一実施形態において、キャリアガスは窒素である。キャリアガスは、単独で不活性ガスであってもよいし、あるいは、１つ以上のさらなる成分を有してもよい。キャリアガスは、例えば水をさらに含み得る。「乾燥した窒素」とは、水を実質的に含まない窒素ガスを意味する。他の実施形態において、キャリアガスは、水素、清浄な乾いた空気、酸素、オゾンまたはこれらの組み合わせであり得る。いくつかの実施形態において、キャリアガスは、実質的に水を含まなくてよい。特定の実施形態において、キャリアガスは、加湿器を通過しない。一実施形態において、キャリアガスは、不活性ガスおよび水を含む。本明細書中用いられるように、水がガスの一成分として特定される場合、他に明記無き限り、水は気相にあることが理解される。

本明細書において用いられるように、「実質的に乾燥したキャリアガス」とは、ガスを意味するか、または、実行可能な限り乾燥したガスを供給するようにガス中の湿気を低減するための当該分野において公知の方法によって除湿される例えば清浄な乾いた空気または窒素に関連する場合に特定のガスを意味する。このような方法を非限定的に挙げると、例えば商用の製造業者から入手可能なガス清浄器の使用がある。

本明細書において用いられるように、「事前ロードされたキャリアガス」とは広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。「事前ロードされたキャリアガス」とは、原料液の一定量の１つ以上の成分（単数または複数）を含むキャリアガスを非限定的に指す。一実施形態において、事前ロードされたキャリアガスは、不活性ガスおよび水を含む。別の実施形態において、事前ロードされたキャリアガスは、窒素、アルゴン、水素、酸素、ＣＯ_２、清浄な乾いた空気、ヘリウム、または室温および雰囲気圧力および水において安定している他のガスのうち１つ以上を含む。事前ロードされたキャリアガスは、キャリアガスとしてもみなされる。

本明細書において用いられるように、「不飽和」とは、キャリアガス（a carrier gas or carrier gas）などのガスの文脈において、そのガスの分圧が、ヘッドスペース中のガスまたは所与の温度および圧力におけるキャリアガスの最大分圧未満である状態を指す。「不飽和」という用語は、特定の時点において適用される。キャリアガスは、特定の温度および圧力において飽和し得、その後、ヘッドスペースまたはキャリアガスが不飽和になるように圧力低下または温度上昇を行うことにより変更され得る。本明細書中で用いられるように、「過飽和」とは、キャリアガスなどのガスの文脈において、そのガスの分圧が、ヘッドスペース中のガスまたは所与の温度および圧力におけるキャリアガスの最大分圧を超えている状態を指す。本発明のいくつかの実施形態において、重要プロセス用途へ供給されるガス流体では、液体供給前の補給に用いられる多成分原料液からの成分の分圧よりも、水よりも低揮発性である成分がより高い分圧にある。

本明細書において用いられるように、「不活性ガス」とは広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。「不活性ガス」とは、本明細書中に述べるように膜に対して相対的に不透過性であるガスを非限定的に含む。一実施形態において、不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、または他の希ガスのうち１つ以上を含む。別の実施形態において、不活性ガスは窒素である。別の実施形態において、不活性ガスは乾燥した窒素である。

本明細書において用いられるように、「原料液（source liquid）」とは広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。「原料液」とは、用途またはプロセス（詳細にはプロセスガス）において相変化を通じて用いられるガスのソースを提供する液体溶液（liquid solution）を一般的に非限定的に指す。特定の実施形態において、原料液は、膜ベース気化器のイオン交換分離膜と直接接触する。

本明細書において用いられるように、「補給用原料液」とは広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。「補給用原料液」とは、原料液を消費するシステムの補給に用いられる原料液を非限定的に指す。補給用原料液は、添加剤または化学安定剤を含み得、気化装置の液体リザーバの補充に用いられ得る。補給用原料液の一例としては、スズ酸ソーダ、スズ酸カリおよびスズ酸亜鉛を含む商業的に得られた５０重量％の安定化された過酸化水素溶液がある。顕著なことに、補給用原料液として機能する多成分液体中の成分の比は、原料液中の成分の比と同じであってもよいし、あるいは原料液中の成分の比と異なっていてもよい。

本明細書において用いられるように、「精製された補給用原料液」とは広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。「精製された補給用原料液」とは、補給用原料液から少なくとも１つの化学成分を選択的に低減または除去することにより作製された液体溶液を非限定的に指す。例えば、精製された補給用原料液は、補給用原料液中に見受けられるより少量の化学薬剤を含み得、ここで、当該化学薬剤は、イオンまたは吸収相互作用によりイオン交換分離膜の材料に結合する。

本明細書において用いられるように、「ヘッドスペース」とは広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。「ヘッドスペース」とは、ヘッドスペース中に含まれるガスの少なくとも一部を提供する原料液と流体接触するガスの体積を非限定的に指す。

本明細書において用いられるように、「気化器」とは広義の用語であり、当業者にとって通常の語義を持つものとする（かつ特殊または特別な意味に限定されるものとしてとられるべきではない）。「気化器」とは、ガス、蒸気またはミストを出発原料液から生成する装置を非限定的に指す。この用語には、ネブライザーおよびバブラーも含まれる。なぜならば、これらの装置は、原料液から蒸気を生成するからである。原料液から出発するガスを生成する膜ベース気化器によって示される特定の実施形態において、ヘッドスペース、キャリアガス入口、キャリアガス出口、および透過性のまたは選択的に透過性の障壁（例えば、イオン交換膜）がある。この障壁は、ヘッドスペースを原料液から分離して、原料液が相変化し、プロセスガスとして用いられ得る。気化器は、原料液および／または蒸気の温度を制御するためのヒータを任意選択的に含み得る。熱源から供給されたエネルギーによって原料液から生成されたガスは、キャリアガスによって押し流される。特定の実施形態において、キャリアガスは飽和する。他の実施形態において、キャリアガスは飽和しない。

本明細書において用いられるように、「気化する」という用語は、気化器（すなわち、装置）を用い、原料液から出発するガス、蒸気またはミストを生成する手順を指す。

本発明の一実施形態は、以下のステップを含む方法を含む。
ａ）過酸化水素および１つ以上の陽イオンを含む溶液を提供するステップ、および
ｂ）溶液をイオン交換ポリマーと接触させて、１つ以上の陽イオンを低減された含有量で有する精製された溶液を生成するステップ。

特定の実施形態において、イオン交換ポリマーは、膜の形態をとるかとらないかに関わらず、ポリスルホン酸ポリマーである。さらに他の実施形態において、イオン交換膜は、フッ素含有ポリマーである（例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレンコポリマー（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン−ペルフルオロアルコキシエチレンコポリマー（ＰＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・四フッ化エチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニル樹脂、フッ化ビニリデン−三フッ化エチレン塩化物コポリマー、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレンコポリマー、フッ化ビニリデン六フッ化プロピレン−四フッ化エチレンターポリマー、四フッ化エチレンプロピレンゴム、およびフッ化熱可塑性エラストマー）。別の実施形態において、イオン交換ポリマーは、全フッ素置換ポリスルホン酸ポリマーである。他の例示的な全フッ素置換イオノマーを非限定的に挙げると、ペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレンコポリマー（「ＰＦＳＡ−ＴＦＥコポリマー」）およびペルフルオロカルボン酸／テトラフルオロエチレンコポリマー（「ＰＦＣＡ−ＴＦＥコポリマー」）がある。他の実施形態において、イオン交換ポリマーは、膜形態の全フッ素置換ポリスルホン酸ポリマーである（例えば、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）または加水分解されたフッ化スルホニル全フッ素置換膜（a sulfonyl fluoride perfluorinated membrane））。

好適には、膜ベース気化器のイオン交換分離膜は、樹脂である。一実施形態において、イオン交換膜は、フッ素含有ポリマーである。イオン交換膜は好適には、エチレンおよび酸基またはその塩を含むビニルモノマーのコポリマーを含む全フッ素置換イオノマーである。これらの膜は、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）（Ｅ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏ．， Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ， ＤＥ）、ＦＬＥＭＩＯＮ（登録商標）（Ａｓａｈｉ Ｇｌａｓｓ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌｔｄ．， Ｔｏｋｙｏ， Ｊａｐａｎ）、およびＡＣＩＰＬＥＸ（登録商標）（Ａｓａｈｉ Ｋａｓｅｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｔｏｋｙｏ， Ｊａｐａｎ）の商品名で販売されている。３Ｍ ＩＯＮＯＭＥＲ（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ， ＭＮ）またはＡＱＵＩＶＩＯＮ（登録商標）（Ｓｏｌｖａｙ Ｓ．Ａ．， Ｂｒｕｓｓｅｌｓ， Ｂｅｌｇｉｕｍ）も用いられ得る。

特定の実施形態において、一峰性の分子量が好適である。特定の実施形態において、二峰性または多峰性の分子量が好適である。好適には、コポリマーは、ほぼ５００ＥＷ〜ほぼ２０００ＥＷである。特定の実施形態において、イオン交換膜は、単一コポリマーまたはコポリマーの組み合わせを含み得る。特定の実施形態において、ポリマーは、任意の構成をとり得る（例を非限定的に挙げると、ブロック、テーパ状、ランダム、直線状、および他の形状）。ＰＦＣＡ−ＴＦＥコポリマーは、ペルフルオロカルボン酸（ペルフルオロ（４−メチル−３、６−ジオキサ−７−オクテン−１−カルボン酸））基が取り付けられたテトラフルオロエチレン（「ＴＦＥ」）「骨格」を含む。酸基は、適切な塩基による前処理によって塩形態へ変換され得る。ＰＦＳＡ−ＴＦＥコポリマーは、ペルフルオロスルホン酸（ペルフルオロ（４−メチル−３、６−ジオキサ−７−オクテン−１−スルホン酸））基が取り付けられたＴＦＥ「骨格」を含む。６個のＴＦＥ骨格単位あたりに１個〜６個のペルフルオロスルホン酸基が存在する。コポリマーは通常は、等価重量（「ＥＷ」）によって分類されるか、または、官能基１モルあたりのポリマーのグラムによって分類される。

前処理方法は当該分野において周知であり、製造業者の推奨に従って行われ得る。気化すべき液体の特性に応じて、膜を最適化するように、前処理条件を調節することができる。調節可能な前処理条件の例を非限定的に挙げると、塩基、溶媒、温度、過酸化水素溶液中の浸漬、および当業者に公知の他のパラメータの選択がある。

親水性は、親水剤を用いた架橋によってまたはコキャスティングによって調節することができる。親水剤を用いた架橋またはコキャスティングによって親水性を調節する実施形態において、ポリマーは、架橋性基を既に含むか、または、架橋性基を含むように官能化される。表面化学的性質の修飾を用いない他の前処理が用いられ得る。別の実施形態において、ポリマーには、無機酸化物を含浸させ得る。この含浸により、熱安定性を５℃〜１２０℃向上させることができる。その結果、水搬送速度特性（water transport rate properties）を２％〜４０％増加させることも可能になる。

好適には、膜は、ガスおよび他の汚染物質（例えば、粒子、エアロゾル、ウイルス、バクテリア、およびプリオン）の拡散を抑制する。好適には、膜の厚さは、０．５ミクロン〜２，０００ミクロンである。漏れ率は、孤立した静的系中の圧力の監視により、測定される。漏れ率の一例として、窒素の場合、標準温度および圧力において１０^−９ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓとなる。漏れ率は、標準温度および圧力において１０^−３ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓ位まで高くしてもよいし、あるいは特定のガスにおいて１０^−１１ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓ位まで低くしてもよい。

原料液からガスを生成する１つの方法において、原料液を実質的にガス不透過性の膜の第１の側と接触させ、生成されたガスを、実質的にガス不透過性の膜の第２の側上において受容する。特定の実施形態において、実質的にガス不透過性の膜の第１の側および第２の側は平坦な形態であり、膜はシートである。他の実施形態において、膜は、管状または円筒状であってもよく、その場合、１つの表面が管の内部を形成し、反対側の表面が管の外部を形成する。全ての実施形態において、膜は、任意の形態をとり得る（ただし、第１の表面および反対側の第２の表面が膜材料の大部分を挟む場合）。

プロセス条件、生成されるガスの性質および他の要素に応じて、膜の特定の特性を調節することができる。このような調節可能な特性を以下に挙げる：膜の物理的形態、膜の構成、膜の作製方法、膜の支持層の存在または不在、膜の活性層の存在または不在、ならびにここに羅列していない他の特性。

膜が薄い場合、何らかの機械的支持手段を膜に付与することが好ましい。膜が肉厚である場合、このような支持は無くてもよい。

特定の実施形態において、膜の表面積を、生成すべきガスの体積に応じて調節することができる。膜の化学的性質に応じて、表面積が大きい方が望ましい場合もあれば、小さい方が望ましい場合もある。別の実施形態において、樹脂は、ポリマーの複合物または混合物を含む。このポリマーの複合物または混合物は、２つ以上の層を含み得る。これらの層は、相互に同じ特性または異なる特性を持ち得る。層により、濾過のサポートが得られ得る。

特定の実施形態において、膜は、シート形態ではなく繊維形態にすることが一般的に好ましい。なぜならば、繊維を用いた場合、一定の体積において露出する膜表面積が大きくなるからである。

溶液は、液体形態であってもよいし、あるいは蒸気形態であってもよい。溶液が液体である場合、さらなる実施形態は、以下のステップを含む：
ａ）過酸化水素および１つ以上の陽イオンを含む溶液を提供するステップ、
ｂ）溶液をイオン交換ポリマーと接触させて、１つ以上の陽イオンを低減された含有量で有する精製された溶液を生成するステップ、および
ｃ）精製された液体溶液から蒸気を形成すること。

蒸気は、熱付加などの任意の適切な技術を通じて、ｃ）において形成され得る。

別の実施形態において、蒸気は、ｃ）において精製された液体溶液を実質的にガス不透過性のイオン交換膜（例えば、全フッ素置換ポリスルホン酸ポリマー膜）と接触させることにより、形成される。このような技術について、ＷＯ２０１４／０１４５１１（タイトル「Ｍｅｔｈｏｄ， Ｓｙｓｔｅｍ， ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｕｒｉｔｙ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ」）中に開示がある。本明細書中に、同文献全体を参照により組み込む。精製された液体溶液を例えばこのような膜の第１の側と接触させることで、膜の第２の側から発生する蒸気を最終的に入手することができる。この場合、気相および液体源を実質的にガス不透過性のイオン交換膜（例えば、全フッ素置換ポリスルホン酸ポリマー膜）によって分離させる。このような膜を用いることにより、膜の使用無しに溶液から直接得られた過酸化水素濃度に比して、得られた蒸気中の過酸化水素の濃度を増加させることができる。

イオン交換ポリマー膜は、任意の適切な材料（例えば、イオン交換ポリマーについて上記したもの）で構成され得る。この膜は、任意の適切な構造を持ってもよい。例えば、膜がシートである場合、第１の側および第２の側は、実質的に平坦な対向する平面領域の形態をとり得る。膜を管状または円筒状にしてもよく、その場合、１つの表面が管の内部を形成し、反対側の表面が外面になる。第１の表面および反対側の第２の表面が膜材料の大部分を挟む限り、膜の形態は任意でよい。複数の膜をアセンブリの形態で配置してもよく、例えば、複数の膜は、各端部においてコレクタープレートの穴中に挿入されたルーメンとして構成される。

処理条件、溶液の性質、溶液の生成すべき蒸気の体積、および他の要素に応じて、膜の特性を調節することができる。特性を非限定的に挙げると、物理的形態（例えば、シート形状の場合は厚さ、表面積、形状、長さおよび幅、繊維形態の場合は直径）、構成（平坦シート（単数または複数）、らせん状またはロール状シート（単数または複数）、折り畳みまたは圧着シート（単数または複数）、繊維アレイ（単数または複数））、作製方法（例えば、押し出し、溶液からのキャスティング）、支持層の存在または不在、活性層の存在または不在（例えば、特定のサイズの粒子を吸着する多孔性前置フィルタ、化学反応または化学結合を介して不純物を除去する反応性前置フィルタ）などがある。膜形成を厚さ約０．５ミクロン以下〜厚さ２０００ミクロン以上、好適には約１、５、１０、２５、５０、１００、２００、３００、４００、または５００ミクロン〜約６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、または１９００ミクロンで行うと一般的に好適である。より薄い膜が用いられる場合、（例えば、スクリーンまたはメッシュ、または他の支持構造の使用により）何らかの機械的支持手段を膜に付与することが好ましい。膜がより肉厚である場合、支持無しに適切に用いられ得る。表面積は、生成すべき蒸気の質量に基づいて選択され得る。

ｃ）において液体溶液への熱付加などを通じて蒸気が形成された実施形態において、さらなる実施形態は、以下のステップを含む。

本発明の一実施形態は、以下のステップを含む方法を含む。
ａ）過酸化水素および１つ以上の陽イオンを含む溶液を提供するステップ、
ｂ）溶液をイオン交換ポリマーと接触させて、１つ以上の陽イオンを低減された含有量で有する精製された溶液を生成するステップ、
ｃ）精製された液体溶液から蒸気を形成するステップ、および
ｄ）全フッ素置換ポリスルホン酸ポリマー膜などのイオン交換ポリマー膜（このような膜の例として、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）または加水分解されたフッ化スルホニル全フッ素置換膜がある）を通じて蒸気を送るステップ。

ステップｄ）は、蒸気流体から汚染物質を除去するために膜を用い得、膜は、上記した構造的特性のうちいずれかを持ち得る。

全フッ素置換イオン交換膜を用いて過酸化水素蒸気を供給するための方法、システムおよび装置について、ＰＣＴ公開ＷＯ２０１４／１６５６３７（タイトル「Ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｏｆ ａ Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ Ｇａｓ Ｓｔｒｅａｍ」、出願日：２０１４年４月３日）に開示がある。本明細書中に、特に段落［００３０］〜［００４３］について、同文献全体を参照により組み込む。加えて、類似の方法、システムおよび装置について、米国仮出願第６１／８２４，１２７号（タイトル「Ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｏｆ ａ Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ Ｇａｓ Ｓｔｒｅａｍ」、出願日：２０１３年５月１６日）および米国仮出願第６１／８０９，２５６号（タイトル「Ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｏｆ ａ Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ Ｇａｓ Ｓｔｒｅａｍ」、出願日：２０１３年４月５日）に開示がある。本明細書中に、同文献全体を参照により組み込む。

いくつかの実施形態において、ａ）における溶液は、蒸気形態をとる。ｃ）において形成される蒸気と同様に、例えば汚染物質除去のために、この精製された蒸気をイオン交換ポリマー膜（例えば、全フッ素置換ポリスルホン酸ポリマー膜）を通過させてもよい。

上記した実施形態のいずれかから得られた精製された蒸気は、任意の適切な重要プロセスまたは用途へ供給され得る。このような重要プロセスおよび用途を非限定的に挙げると、マイクロエレクトロニクス用途、ウェーハクリーニング、ウェーハボンディング、フォトレジスト剥離、シリコン酸化、表面パッシベーション、フォトリソグラフィーマスククリーニング、原子層堆積、化学蒸着、フラットパネルディスプレイ、バクテリア、ウイルスおよび他の生物学的薬剤で汚染された表面の殺菌、工業部品のクリーニング、製薬、ナノ材料の生成、発電および制御装置、燃料電池、および動力伝達装置が挙げられる。

本発明の別の実施形態は、以下のステップを含む方法を含む。
ａ）過酸化水素および１つ以上の陽イオンを含む溶液を提供するステップ、
ｂ）溶液をイオン交換ポリマーと接触させて、１つ以上の陽イオンを低減された含有量で有する精製された溶液を生成するステップ、
ｃ）精製された液体溶液から蒸気を形成するステップ、
ｄ）全フッ素置換ポリスルホン酸ポリマー膜などのイオン交換ポリマー膜（このような膜の例として、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）または加水分解されたフッ化スルホニル全フッ素置換膜がある）を通じて蒸気を送るステップ、および
ｅ）ステップｃ）またはステップｄ）から得られた蒸気を重要プロセスまたは用途へ供給するステップ。

ステップａ）における溶液は、液体または蒸気を問わず、水を任意の適切な量で含み得るか、または、水を実質的に含まなくてもよい。いくつかの実施形態において、溶液は、実質的に水を含まない。すなわち、溶液には、専用水源などを通じて水が意図的に付加されない。「実質的に水を含まない」という文言は、他の溶液成分のソース中に存在し得る（例えば、過酸化水素のソース中に存在し得る）偶発的な水含有量を排除しない。同様に、「実質的に水を含まない」という文言は、システム成分上における過酸化水素の分解に起因して発生し得るかまたは外部環境からの溶液の封入容器に進入し得る偶発的な水含有量を排除しない。いくつかの実施形態において、溶液は、２重量％以下の水、または１．５重量％以下、または１．０重量％以下、または０．５重量％以下の水を含む。

過酸化水素に加えて、溶液は、非水性賦形剤をさらに含み得る。例示的な非水性賦形剤を非限定的に挙げると、アルコール（例えば、ポリアルコール）、フェノール、ラクトン、アミド、エステル（例えば、ポリエステル）、エーテル、カルボン酸（例えば、ポリカルボン酸）、スルホン酸、スルフィン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、有機溶媒、無機溶媒、芳香族化合物、ポリ芳香族化合物、複素環式化合物（例えば、ポリ複素環式化合物）、フッ化エーテル、フッ化アルコール、フッ化スルホン酸、フッ化カルボン酸（例えば、ポリカルボン酸）、フッ化ホスホン酸、深共融溶媒、およびこれらの組み合わせがある。

ステップａ）における溶液は、１つ以上の陽イオンを含む。これらの陽イオンは、例えば、過酸化水素溶液（例えば、１４重量％を超える（例えば、２５重量％以上（例えば、５０重量％以上））の過酸化水素を含む溶液）のための安定剤として存在し得る。

いくつかの実施形態において、１つ以上の陽イオンは、１つ以上の金属陽イオンを含む。例示的な金属陽イオンは、ナトリウム、カリウム、バリウム、カルシウム、銅、マグネシウム、マンガン、ニッケルおよび亜鉛陽イオンを含む。一実施形態において、１つ以上の金属陽イオンは、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、銅またはカルシウム陽イオンを含む。別の実施形態において、１つ以上の金属陽イオンは、マグネシウムまたはカルシウム陽イオンを含む。さらなる実施形態において、１つ以上の金属陽イオンは、銅陽イオンを含む。さらなる実施形態において、１つ以上の金属陽イオンは、ナトリウムまたはカリウム陽イオン（例えば、スズ酸ソーダまたはスズ酸カリそれぞれから導出可能なもの）を含む。

金属陽イオンは、安定剤として用いられるかまたは他の目的のために用いられるに関わらず、任意の適切な量で溶液中に存在し得る。例えば、溶液は、１５ｐｐｍ以下の重量の金属陽イオンまたは１０ｐｐｍ以上の重量の金属陽イオンを含み得る。

溶液は、過酸化水素も任意の適切な量で含む。例えば、溶液は、過酸化水素を１０重量％以上、１５重量％以上、２０重量％以上、２５重量％以上、３０重量％以上、３５重量％以上、４０重量％以上、４５重量％以上、５０重量％以上、５５重量％以上、６０重量％以上、６５重量％以上、または７０重量％以上の量で含み得る。

ａ）におけるイオン交換ポリマーは、任意の形状または構造をとり得る。例えば、上記したイオン交換膜の構造特性のいずれかを有する膜の形態をとり得る。ａ）におけるイオン交換ポリマーは、例えばビーズまたはペレットの形態もとり得る。

全フッ素置換ポリスルホン系ポリマーは、イオン交換ポリマー（例えば、全フッ素置換ポリスルホン酸膜を得るためにフッ化スルホニル全フッ素置換膜を加水分解する際に発生するもの）である。このようなポリマーの例について、ＷＯ２０１４／０１４５１１中に開示がある。これらの例を、本明細書中に、参照により組み込む。ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）は、全フッ素置換スルホン酸膜の例である。ａ）におけるイオン交換ポリマー（例えば、全フッ素置換ポリスルホン系ポリマー）および上記したイオン交換ポリマー膜（例えば、全フッ素置換ポリスルホン系ポリマー膜）は、同一の組成を持ってもよいし、あるいは、異なる変形のイオン交換材料で構成してもよい。イオン交換ポリマー（例えば、全フッ素置換ポリスルホン系ポリマー）材料は、膜形態であるかを問わず、その反応性を変化させるために例えば酸、塩基または塩で化学処理された材料を含む。例えば、特定の実施形態において、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）材料は、膜形態であるかを問わず、例えばアンモニウム種を形成するために１つの様態で処理され得る。

ステップｂ）において、イオン交換ポリマーと接触させて、低減された含有量の１つ以上の陽イオンを有する溶液を生成する。

「１つ以上の陽イオンの低減された含有量」という文言は、ポリマーと接触した溶液中の少なくとも１つの陽イオンの濃度が、当該陽イオンのポリマーと接触する前の濃度と比較したとき、低減されたことを指す。「１つ以上の陽イオンの低減された含有量」という文言は、溶液からの全ての陽イオンの完全な除去を必要としない。「１つ以上の陽イオンの低減された含有量」という文言は、溶液中のいくつかの、大部分のまたは全ての陽イオンの濃度の低下も必要としない。しかし、いくつかの例示的実施形態において、溶液をポリマーと接触させた場合、溶液中の少なくとも２個、少なくとも３個、少なくとも４個、または少なくとも５個の陽イオンの含有量が低下する。

そのため、いくつかの実施形態は、７０重量％以上の少なくとも１個の陽イオンを溶液から除去するのに充分な条件下において溶液をイオン交換ポリマーと接触させるステップを含む。本実施形態における例示的な陽イオンを挙げると、ナトリウム、カリウム、バリウム、カルシウム、銅、マグネシウム、マンガン、ニッケルおよび亜鉛陽イオンがある。

別の実施形態は、８０重量％以上の少なくとも１個の陽イオンを溶液から除去するのに充分な条件下において溶液をイオン交換ポリマーと接触させるステップを含む。本実施形態における例示的な陽イオンは、ナトリウム、カリウム、バリウム、カルシウム、マグネシウム、マンガン、ニッケルおよび亜鉛陽イオンを含む。

別の実施形態は、９０重量％以上の少なくとも１個の陽イオンを溶液から除去するのに充分な条件下において溶液をイオン交換ポリマーと接触させることを含む。本実施形態における例示的な陽イオンを挙げると、カリウム、バリウム、カルシウム、マグネシウムおよびマンガン陽イオンがある。

さらなる実施形態は、全ての陽イオンの組み合わされた全体の５０重量％以上、または６０重量％以上あるいは全ての金属陽イオンの組み合わされた全体の５０重量％以上または６０重量％以上を溶液から除去するのに充分な条件下において溶液をイオン交換ポリマーと接触させるステップを含む。

溶液とイオン交換ポリマーとの接触は、任意の適切な技術を用いて行われ得る。例えば、溶液は、例えばポリマーを収容している封入容器の入口端部から出口端部へ送られることにより、ポリマー表面を流れるように方向付けられ得る。溶液とポリマーとの接触は、静止または流動している一定体積の溶液を含む封入容器中にポリマーを位置決めすることによっても、行われ得る。よって、一実施形態において、接触させるステップｂ）は、溶液をイオン交換ポリマーを含む充填層を通じて送るステップを含み得る。別の実施形態において、接触させるステップｂ）は、イオン交換ポリマーを液体溶液中に配置するステップを含む。

溶液は、１つ以上の陽イオンの含有量を低減するのに充分な任意の条件下においてイオン交換ポリマーと接触し得る。例えば、溶液とポリマーとの接触は、少なくとも５秒、少なくとも１０秒、少なくとも３０秒、少なくとも１分、少なくとも５分、少なくとも１０分、少なくとも１５分、少なくとも３０分、少なくとも４５分、少なくとも１時間、少なくとも２時間、または少なくとも３時間の累積時間にわたって行われ得る。この接触は、任意の適切な温度（例えば、室温（２２℃））において行われ得る。

本開示は、精製された過酸化水素蒸気の供給のための気化装置または装置および類似のシステムも含む。これらのシステムおよび装置（devices, apparatuses）は以下の要素を含む。
ａ）過酸化水素および１つ以上の陽イオンを含む溶液、
ｂ）溶液と接触するイオン交換ポリマー、および
ｃ）溶液およびポリマーを収容するように構成されたハウジング。

特定の実施形態において、気化器は、好適にはモジュールまたは他の適切な装置中に固定された膜を含む。膜が繊維形態である実施形態において、膜は好適には、円筒状アレイまたは束状に配置される。他の実施形態において、他の構成が用いられ得る（例えば、四角形、三角形、不規則形状、または他の構成）。膜モジュールは好適には、各ヘッダの間で長手方向に延びかつ各ヘッダの各端にそれぞれ取り付けられた複数の中空膜繊維を含む。他の実施形態において、他の構成が企図される（例えば、両端が単一ヘッダ中に固定されたループ状繊維などの他の構成）。好適には、これらの繊維は、ピンと張ってもよいし、弛めてもよいし、あるいは密接にまたは緩めに配置してもよいし、あるいは距離を空けて配置してもよい。好適には、これらの繊維の充填密度は５％以下〜約９５％以上であり、あるいはこれら２つの値の任意の密度が用いられる。これらの繊維を任意選択的に特定の数の束に分割して、それらの間に空間（単数または複数）を形成してもよい。任意選択的に、単一の束の繊維が用いられ得る。

いくつかの実施形態において、繊維間の一定間隔を維持して、原料液（例えば、精製された補給用原料液）の循環を促進すると好適である。任意選択的に、繊維束をモジュール支持スクリーンによって保護してもよい。任意選択的に、ケーシングにより、ヘッダ（単数または複数）を支持することができる。任意選択的に、クリップまたはリングを用いて、繊維束を縛ってもよい。好適には、ヘッダおよび任意の支持またはケーシングにおいて用いられる材料は、これらの材料が高温および高圧条件に耐えることができかつ発生した全てのガスとの反応および当該ガスへの汚染を防止するように、選択される。いくつかの特定の実施形態において、１つ以上の膜モジュールがカセットまたはバッテリ中に配置され得、各カセットまたはバッテリは、原料液、ポンプ、弁および器具類を備える。

いくつかの実施形態において、キャリアガスは、下側ヘッダから進入し、上側ヘッダから退出する。他の実施形態において、キャリアガスは、上方から進入し、下側ヘッダから退出する。各場合において、原料液から発生したガスが、膜を透過し、キャリアガスによって押し流される。

キャリアガスは、原料液から発生したガスにより、飽和状態にされ得るか、過飽和状態にされ得るか、または不飽和状態にされ得る。

特定の実施形態において、気化器は、液面センサ（入手元：Ｇｅｍｓ Ｓｅｎｓｏｒｓ ＆ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ， Ｉｎｃ．， Ｐｌａｉｎｖｉｌｌｅ， ＣＴ）を含む。当業者であれば、本発明の実施形態における液面センサの使用を認識する。

特定の実施形態において、気化器は、熱センサ（入手元：Ｏｍｅｇａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｉｎｃ．， Ｓｔａｍｆｏｒｄ， ＣＴ）を含む。当業者であれば、本発明の実施形態における熱センサの使用を認識する。

特定の実施形態において、気化器は、過温度センサ（入手元：Ｏｍｅｇａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｉｎｃ．， Ｓｔａｍｆｏｒｄ， ＣＴ）を含む。当業者であれば、本発明の実施形態における温度センサの使用を認識する。

特定の実施形態において、気化器は、ドレン弁（入手元：ＢｉｏＣｈｅｍ Ｆｌｕｉｄｉｃｓ， Ｉｎｃ．， Ｂｏｏｎｔｏｎ， ＮＪ）を含む。当業者であれば、本発明の実施形態におけるドレン弁の使用を認識する。

特定の実施形態において、気化器は、補給用容器（入手元：ＢｉｏＣｈｅｍ Ｆｌｕｉｄｉｃｓ， Ｉｎｃ， Ｂｏｏｎｔｏｎ）を含む。当業者であれば、本発明の実施形態における補給用容器の使用を認識する。

特定の実施形態において、原料液から発生したガスが、減圧して供給され得る。減圧における供給は、多数の用途（例えば、原子層堆積）において所望される。減圧は、下流の真空ポンプにより達成され得る。

特定の実施形態において、装置は、透過側上の一次ポンプと、原料液側へ接続された二次ポンプとを含む。これらの実施形態において、気化器への電力入力、キャリアガス流量の量、キャリアガス圧力、液体から透過側への圧力降下または下流通気の調節により、蒸気圧差または下流圧力を管理することができる。

気化器の膜を横切ってまたは気化器の透過側においてチョーク流れが達成されると、気化器の透過側の圧力がさらに低下しても、膜を横切る透過速度は増加しなくなる。ヒータを通じて出力を気化器へ付加することにより原料液の蒸気圧を増加させることのみにより、その原料液増加から発生したガスの透過が増加する。

一実施形態において、気化器への電力は、電気ヒータにより気化器外部を加熱することにより、行われる。当業者であれば、エネルギー付加を他の方法（例えば、蒸気、液体輸送、周囲熱、キャリアガスの加熱、および他の技術）を通じて行い得る。

図１は、本発明による多様な原料液、精製媒体および気化器間の関係を示す。補給用原料液１３の補給部は、補給用原料液コンテナ１（例えば、第１のコンテナ）中に保存される。流体接続部４により、補給用原料液１３から精製補給用原料液コンテナ２（例えば、第２のコンテナ）への輸送が容易になる。補給用原料液１３の補給用原料液コンテナ１から精製補給用原料液コンテナ２への輸送は、任意の簡便な手段（例えば、ポンプ、加圧ガス、または自然落下供給）によって行われ得る。精製補給用原料液コンテナ２の内部には、精製材料３がある。精製材料３は、補給用原料液１３と接触し、それを精製された補給用原料液１４へ変換する。好適な実施形態において、精製材料３は、膜の形態をとる。精製材料３は好適には、表面積が大きな全フッ素置換イオノマー（例えば、ＰＴＳＡ−ＴＦＡコポリマー）を含み、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）ＰＴＳＡ−ＴＦＡコポリマー膜であり得る。精製された補給用原料液１４は、流体接続部５を介してポンプ６へ搬送された後、流体ライン７を通じて気化器１１へ搬送される。好適な種類のポンプとして、例えば、Ｂｉｏ−Ｃｈｅｍ Ｆｌｕｉｄｉｃｓ （Ｗｉｌｄｏｍａｒ， ＣＡ）から入手可能なダイヤフラムポンプがある。他にも多数のポンプおよび加圧搬送システムまたは自然落下供給システムが、精製された補給用原料液１４を精製補給用原料液コンテナ２から気化器１１へ搬送するために用いられ得る。気化器は、フラッシュ気化器、ネブライザー、バブラー、またはより好適には膜ベース気化器であり得る。精製された補給用原料液１４は、気化器１１中に収容された原料液１０へ付加される。キャリアガス１２は、気化器１１に進入する。いくつかの実施形態において、キャリアガス１２は、（例えばスパージャを通じて）泡として気化器１１中に進入し得る。

図示のように、好適な場合の膜ベース気化器において、キャリアガス１２は、中空繊維イオン交換分離膜１５を通じて進入する。膜は好適にはイオン交換膜から構成され、好適には精製材料３と同じ材料から構成される。例えば、精製材料３および中空繊維イオン交換分離膜１５はどちらとも、イオンフルオロポリマー（例えば、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜）によって構成され得る。原料液１０は、中空繊維イオン交換分離膜１５を横切って気化した後、キャリアガス１２の流れによって押し流される。プロセスガス流体８は、気化した原料液１０の揮発性化学成分およびキャリアガス１２の混合物として気化器から退出する。
実施例

実施例において用いられる材料：５０重量％（ｗ％）の安定化された過酸化水素（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ）、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）膜１１００ＥＷ、０．１ＮＮａＯＨ溶液、１重量％ブロモチモールブルー、硫酸ナトリウム（ＡＣＳ ｇｒａｄｅ）、ＤＩ水、高温／攪拌プレート、攪拌棒、５００ｍＬおよび１００ｍＬのビーカ、タイマ、１０〜１００μＬピペット、分析スケール（±０．００１ｇ）、およびセラミック鋏。

実施例１：過酸化物安定剤試験手順のＮＡＦＩＯＮ（登録商標）ベースの精製。下記に概要を示す以下の５個の試験を行った。
試験＃１：ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）ルーメン対照１の滴定
・試験＃６にしたがって、１．０００ｇサンプルのＮＡＦＩＯＮ（登録商標）を滴定して、ストックＮＡＦＩＯＮ（登録商標）の相対的な酸変換（acid conversion）を決定した。
試験＃２：ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）ルーメン対照２の滴定
・酸滴定手順にしたがって１．０００ｇサンプルのＮＡＦＩＯＮ（登録商標）を滴定して、ストックＮＡＦＩＯＮ（登録商標）の相対的な酸変換を決定した。
試験＃３：過剰のＮＡＦＩＯＮ（登録商標）を用いた５０ｗ％過酸化物の精製
・過剰量のＮＡＦＩＯＮ（登録商標）３．０００ｇを、１００ｍｌビーカ中の５０ｍｌの５０ｗ％過酸化物溶液に付加した。
・ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）を溶液中に室温（２２℃）において１時間浸漬させた。
・ルーメンを過酸化物溶液から取り出し、ＤＩ水で２分間すすいだ。
・ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）を純水装置ファン下において２時間乾燥させた。
・２個の１．０００ｇのサンプルを重量測定し、試験＃６にしたがって各サンプルを滴定した。
o 結果は、それぞれ３ａおよび３ｂとして特定された。
試験＃４：ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）の精製効率試験
・試験３からの４５ｍｌの精製された５０ｗ％過酸化物溶液および＋１．０００ｇのＮＡＦＩＯＮ（登録商標）を、１００ｍＬビーカ中に配置した。
・ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）の溶液中への浸漬を室温（２２℃）で１時間行った。
・ルーメンを過酸化物溶液から取り出し、ＤＩ水で２分間すすいだ。
・ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）を純水装置ファン下において２時間乾燥させた。
・試験＃６にしたがって、１．０００ｇサンプルを滴定した。
試験＃５：過剰の５０ｗ％過酸化物の精製試験
・ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）の１．０００ｇサンプルを、３５０ｍｌの安定化された５０ｗ％過酸化水素へ付加した。
・ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）の溶液中への浸漬を５０℃において１時間行った。
・ルーメンを過酸化物溶液から取り出し、ＤＩ水で２分間すすいだ。
・ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）を純水装置ファン下において２時間乾燥させた。
・試験＃６にしたがって、１．０００ｇサンプルを滴定した。
試験＃６：酸滴定手順
・０．１ＭＫＯＨ溶液を調製した。
・１．０グラムサンプルＮＡＦＩＯＮ（登録商標）を切断して１／２インチの断片とし、５００ｍｌビーカ中の５０ｍｌのＤＩ水中に配置した。
・２．０ｇのＫ_２ＳＯ_４をビーカへ付加し、ブロモチモールブルーを３滴ビーカへ滴下した。
・ビーカをホットプレート上に攪拌棒と共に配置し、ほぼ４０〜５０℃まで加熱した。
・溶液が青色になるまで、液滴０．１ＭＫＯＨを溶液へ付加した。
・１１００ＥＷに基づいて、％変換を計算した。

％変換＝１００＊（付加されたＫＯＨ ｍｏｌ）／（乾燥質量ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）ｇ／１１００ｇ／ｍｏｌ）

実施例２：ストックおよび精製および安定化された５０ｗ％過酸化水素の微量金属分析。５０ｗ％過酸化物溶液そのものに対して、定量分析を行った。１００ｍＬの安定化された５０ｗ％過酸化物の精製を６．０１６ｇのＮＡＦＩＯＮ（登録商標）によって２２℃で２．２５時間行った。滴定３ａおよび３ｂによって決定された５．８８ｘ１０^−３ｍｏｌ／Ｌ安定剤濃度に基づいて、１００ｍＬ溶液へ付加されたＮＡＦＩＯＮ（登録商標）の質量は、この体積の溶液の精製に必要なスルホン酸部位の量の６倍であった。

試験結果。以下の表１は、実験の試験条件および滴定結果を示す。

表２は、ストックおよび精製された安定化された５０ｗ％過酸化水素の微量金属イオン分析を示す。

試験１および試験２の結果によれば、本実験時に全試験において用いられたＮＡＦＩＯＮ（登録商標）の出発酸変換は９８．０±１．０％であったことが判明した。全てのＮＡＦＩＯＮ（登録商標）サンプルを試験条件３〜６に晒した後におけるサンプル中の９８％からの酸変換の低下を用いて、安定化された５０ｗ％過酸化物溶液の体積あたりに除去されたイオン安定剤のモルを計算する。

試験３においては、過剰量のＮＡＦＩＯＮ（登録商標）を用いて、イオン安定剤を５０ｍｌの過酸化物溶液から引き出した。３．０４９ｇの質量のＮＡＦＩＯＮ（登録商標）は、８７．４±０．２％の平均酸変換（３ａおよび３ｂ滴定の平均）へ低下した。３．０４９ｇＮＡＦＩＯＮ（登録商標）サンプルの酸変換における１０．６％の低下は、５０ｍｌの過酸化物溶液あたりの２．９４×１０^−４モルのイオンの除去に対応する。この値を２０で乗算すると、リットルあたりのイオンモル濃度が正規化され、安定化された５０ｗ％過酸化物中のイオン安定剤の濃度は、５．８８×１０^−３ｍｏｌ／Ｌであることが分かった。

試験４条件において、試験３によって達成された安定剤除去効率を評価した。１．０４０ｇのサンプル質量を、試験３からの精製された過酸化物溶液中に配置した。ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）サンプルにおいて、その酸含有量の１．４％が失われた。試験３後の精製された過酸化物のイオン安定剤濃度を１．０４０ｇのサンプル質量から失われたスルホン酸の全体モルから計算した；２．９４×１０^−４ｍｏｌ／Ｌの安定剤濃度に相当する４５ｍｌの溶液あたりの１．３２×１０^−５モルのイオン。試験３において定義した単一処理プロセスは、イオン安定剤の除去において効果が高かった。イオン安定剤濃度が２０倍低下した場合、単一ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）処理プロセスを通じて９５．２％のイオン安定剤が除去されたことに相当する。

試験５において、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）がより低い酸変換レベルにおいて安定剤交換に参加する能力について調査した。この試験によれば、５Ｒ ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）ルーメンは、５０ｗ％の過酸化水素溶液からイオン安定剤を除去するために、少なくとも９５％の膜イオン交換能力を利用することができることが分かった。ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）の１．１５８ｇのサンプルを、９８．０％から３．８％へ変換した。腐食性の高い過酸化物溶液中の劣化に対するＮＡＦＩＯＮ（登録商標）の高い耐性と共に、イオン安定剤は、膜を完全に飽和させることができ、その結果、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）が、過酸化水素精製において用いられる有効な樹脂として認められた。

ストックである５０ｗ％過酸化物溶液の微量金属分析結果によれば、９７．８％のイオン安定剤含有量が以下の金属イオンに昇順で起因することが分かった：Ｃｄ（９．３５％）、Ｓｎ（１６．５５％）、Ｎａ（１９．４３％）、およびＫ（５２．５３％）。ストック溶液中のイオン安定剤の全体的濃度は、１３．９０質量ｐｐｍであった。＋６．０ｇのＮＡＦＩＯＮ（登録商標）を用いた精製後、イオン安定剤濃度は、５．３８２質量ｐｐｍまで低下した。６１．３％のイオン安定剤含有量を単一イオン交換精製ステップを用いて除去した。

表２は、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）が除去に有効である金属イオン種を強調表示している（Ｂａ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｋ、Ｎａ、およびＺｎ）。主要なイオン性寄与要素のうち、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）処理は、９０．７％のカリウムイオンおよび８３．６％のナトリウムイオンを除去することができた。ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）膜は、９３％を超えるＣａ、ＭｇおよびＭｎイオンを除去し、８６．３％のＮｉを除去し、７８％を超えるＣｕおよびＮｉイオンを除去した。全般的に、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）膜は、安定化された過酸化物溶液中のイオン安定剤含有量の除去に有効であることが分かった。

ポリマーは、酸媒体（例えば、１０重量％の硝酸）中において再度酸性化され得ることがさらに分かった。他の酸を用いてもよい。ポリマーを再度酸性化（re-acidify）させる能力から、酸含有量の損失は、イオン汚染に起因するものであることが分かった。

実施例３：過剰なＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜を用いた５０ｗ％過酸化水素の精製。実施例３において、実施例２において述べたＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜との初期接触が、全てのイオン安定剤の除去による過酸化水素の精製に充分であるかを決定する手順について説明する。

ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜のほぼ３．０００ｇのサンプルを、１００ｍＬビーカ中に含まれる５０ｍＬの５０ｗ％安定化された過酸化水素（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ；Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯ）中に配置した。この膜を溶液中に室温（２２℃）で１時間浸漬した。次に、膜を過酸化水素溶液から取り出し、脱イオン水で２分間すすいだ。浸漬およびすすぎを行った膜を、純水装置ファン下において２時間乾燥させた。乾燥させたＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜の２個のサンプルを、実施例１下において記載した手順に従って滴定した。ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜の除去後にビーカ中に残留している過酸化水素溶液（すなわち、「精製された」過酸化水素）を、実施例４の手順において用いるために保存した。

膜滴定手順の結果によれば、安定化された５０ｗ％過酸化水素ストック溶液中に存在するイオン安定剤の量についての洞察が得られた。１．０１８ｇおよび１．１６ｇの膜断片の場合、ｐＨ指示薬の色を変化させるために、８．１ｍＬおよび９．２ｍＬの強塩基が必要であった。これらの結果は、８７．５％および８７．２％の酸変換にそれぞれ関連していた。よって、５０ｍＬの溶液から全てのイオン安定剤を除去するために過剰量の膜を用いた場合、３．０４９ｇ質量のＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜が平均酸変換の８７．４±０．２％まで低下した。３．０４９ｇの膜サンプルの場合の酸変換の１０．６％の低下は、５０ｍＬの過酸化水素溶液あたりの２．９４×１０^−４モルのイオンの除去に相当する。この値を２０で乗算すると、リットルあたりのイオンのモル濃度が正規化される。安定化された５０ｗ％過酸化水素溶液中のイオン安定剤の濃度は、５．８８×１０^−３ｍｏｌ／Ｌであることが分かった。

実施例４：精製効率試験。実施例４において、実施例３に記載のＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜との初期接触が、全てのイオン安定剤の除去により過酸化水素を精製するのに充分であったかを決定するために用いられる手順を記載する。

実施例３からの４５ｍＬ体積の精製された５０ｗ％過酸化水素溶液（すなわち、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜の除去後にビーカ中に残留している溶液）を、新規のＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜の１．０００ｇのサンプルと１００ｍＬビーカにおいて組み合わせた。この膜を、溶液中に室温（２２℃）で１時間浸漬した。次に、膜を過酸化水素溶液から除去し、脱イオン水で２分間すすいだ。浸漬およびすすぎを施したＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜を純水装置ファン下において２時間乾燥させた。実施例１下に付与された手順に従って、乾燥した膜のほぼ１．０００ｇのサンプルを滴定した。

この試験からの結果は、実施例３の手順において達成された安定剤精製の効率を評価する際に有用であった。手順におけるＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜の１．０４０ｇのサンプルから出発した後、０．９ｇの質量の膜を滴定したところ、ｐＨ指示薬の色変化を達成するためには７．９ｍＬの強塩基が必要であることが分かった。これは、９６．６％の酸変換と関連しており、イオン交換膜がその酸含有量の１．４％を失ったことを示す。実施例３からの精製された過酸化水素のイオン安定剤濃度を、１．０４０ｇサンプル質量から失われたスルホン酸の全体モルから計算した。ここで、４５ｍＬの溶液あたりに１．３２×１０^−５モルのイオンが、２．９４×１０^−４ｍｏｌ／Ｌの安定剤濃度に相当した。実施例３下において記載した単一の処理プロセスは、イオン安定剤の除去において非常に有効であった。実際、イオン安定剤濃度が２０倍低下した。これは、単一処理による９５．２％のイオン安定剤の除去に相当する。

実施例５：ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）の安定剤に結合する能力の評価。実施例５において、安定化された過酸化水素溶液からの安定剤との結合および除去に用いられ得るＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換器スルホン酸部位の能力の評価に用いられる手順について説明する。

ここで、少量のイオン交換膜を大量の安定化された過酸化水素へ付加して、過酸化水素溶液からの安定剤との結合および除去に用いられたＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜スルホン酸部位の量を決定した。ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜のほぼ１．０００ｇのサンプルを３５０ｍＬの安定化された５０ｗ％過酸化水素溶液へ付加し、５０℃で１時間浸漬した。次に、膜を過酸化水素溶液から除去し、脱イオン水で２分間すすいだ。浸漬およびすすぎを施したＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜を純水装置ファン下において２時間乾燥させた。実施例１下に付与された手順に従って、ほぼ１．０００ｇサンプルの乾燥させた膜を滴定した。

結果は、より低い酸変換レベルで安定剤結合に参加するＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜の能力を取り扱った。ＮＡＦＩＯＮイオン交換膜の１．１５８ｇのサンプルの場合、ｐＨ指示薬の色変化を達成するのに０．４ｍＬの強塩基溶液を必要としたため、（９８．０％から）３．８％への変換を示した。よって、膜のイオン交換能力のうち少なくとも９５％を、５０ｗ％過酸化水素溶液からのイオン安定剤の除去に用いることができた。腐食性の高い過酸化水素溶液の存在下における劣化への高耐性に加えて、イオン安定剤は、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜を完全に飽和させることができた。これらの特徴により、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換膜は、安定化された過酸化水素溶液から過酸化水素を精製するための優秀な樹脂となる。

実施例６：精製された補給用原料液の使用は、気化器機能を向上させる。実施例６は、精製された補給用原料液の使用により、膜ベース気化器システムの性能特性を向上させることができることを示す。本例示において、膜ベース気化器のイオン交換分離膜と同じ材料によって構成された精製媒体と先ず接触させることにより、原料液を精製する。

先ず、原料液から気相過酸化水素を生成する際に有用な２つの同一の膜ベース気化器を得た。各気化器は、１つのまたは別の種類の過酸化水素溶液を受容するリザーバを備えた。各装置の構成要素の配置において、管は、原料液をリザーバからイオン交換分離膜へ搬送する。イオン交換分離膜は、ＰＦＳＡ−ＴＦＥコポリマーによって構成され、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）商標（Ｅ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏ．， Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ， ＤＥ）下において販売されている。第１の気化器のリザーバに、補給用原料液として機能する安定化された水性の５０ｗ％過酸化水素溶液（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ； Ｓｔ． Ｌｏｕｉｓ， ＭＯ）を充填した。第２の気化装置のリザーバに、安定化された水性の５０ｗ％過酸化水素溶液のバッチ処理を一定量のＮＡＦＩＯＮ（登録商標）膜を用いて任意のナトリウムまたはカリウムイオンの選択的結合および膜に結合し得る他の全てのイオン剤または非イオン剤の選択的吸収を可能にするだけの充分な期間にわたって行った結果得られた「精製された」原料液を充填した。バッチ処理アプローチにおいて、精製媒体（すなわち、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）膜）および精製されている液体を単純に組み合わせて、単一コンテナ中に配置または培養した後、（例えば、固体材料の単純な除去または水切り、フィルタリングなどにより）これらの２つの成分を分離した。

標準条件下において作動させた場合、第１の気化器は、安定したレベルの過酸化水素ガスを約一週間にわたって生成する。精製された補給用原料液を用いた第２の気化器は、安定したレベルの過酸化水素ガスを１週間よりも長い期間にわたって生成する。これは、例えば、安定したガス生成をより長期間にわたって可能にすることおよびイオン交換分離膜の有効寿命を延ばすことにより、精製された補給用原料液の使用が気化器機能を向上させることを示す。

精製された補給用原料液の生成のための別のアプローチにおいて、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）イオン交換媒体を含むカートリッジを、液体を膜ベース気化器のリザーバから気化器のイオン交換分離膜へ搬送する管に沿って挿入する。この配置構成により、補給用原料液（すなわち、金属イオン、安定剤などを含むもの）ではなく、精製された補給用原料液がイオン交換分離膜に到達するように、補給用原料液のオンボード精製が容易になる。

本発明について、特定の実施形態と共に詳述してきたが、本発明は、これらの実施形態に限定されない。本発明の範囲内においてさらなる実施形態を形成するために例示の実施形態および他の開示の特徴において改変例および組み合わせが可能であることが理解されるべきである。

Claims (28)

1. 膜ベース気化器システムの性能特性を向上させる方法であって、当該方法が、
   ａ）膜ベース気化器システムのリザーバに、１０重量％以上の過酸化水素または１０重量％以上のヒドラジン、および１つ以上の陽イオンを含む安定化された液体溶液を提供するステップ、
   ｂ）前記安定化された液体溶液を全フッ素置換イオン交換ポリマーと接触させて、前記液体溶液から５０重量％以上の前記１つ以上の陽イオンが除去された精製された液体溶液を生成するステップ、
   ｃ）前記精製された液体溶液を搬送して、前記膜ベース気化器システムの全フッ素置換イオン交換膜と接触させるステップ、
   ｄ）過酸化水素またはヒドラジン蒸気が前記全フッ素置換イオン交換膜を通過して、前記膜ベース気化器システムのヘッドスペースの中に入るようにするステップ、および
   ｅ）安定した濃度の前記蒸気を前記ヘッドスペースからプロセスまたは用途へ供給するステップであって、前記プロセスまたは用途が、マイクロエレクトロニクスの製造または処理；細菌、ウイルス、および他の生物学的因子で汚染された表面の消毒；工業部品のクリーニング；医薬品の製造；ナノ材料の製造；電力の発生および制御装置；燃料電池；およびパワー伝達デバイス；のうちのいずれかのプロセスまたは用途であるステップ、
   を含み、
   これによって、前記安定化された液体溶液が前記膜ベース気化器システムの前記全フッ素置換イオン交換膜に到達するのを防ぐことにより前記膜ベース気化器システムの性能特性を向上させる、方法。
2. 前記供給するステップは、前記ヘッドスペース内の蒸気を減圧下におくステップを含む、請求項１の方法。
3. 前記蒸気を前記プロセスまたは用途へ供給する前に、前記蒸気をイオン交換ポリマー膜を通じて送るステップをさらに含む、請求項２の方法。
4. 前記蒸気を前記ヘッドスペース内のキャリアガスと接触させて複合ガス流体を形成し、前記複合ガス流体を前記プロセスまたは用途へ供給するステップをさらに含む、請求項３の方法。
5. 前記安定化された液体溶液は、実質的に水を含まない、請求項１の方法。
6. 前記安定化された液体溶液は、非水性賦形剤をさらに含む、請求項１の方法。
7. 前記非水性賦形剤は、アルコール、フェノール、ラクトン、アミド、エステル、エーテル、カルボン酸、スルホン酸、スルフィン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、有機溶媒、無機溶媒、芳香族化合物、ポリ芳香族化合物、複素環式化合物、フッ化エーテル、フッ化アルコール、フッ化スルホン酸、フッ化カルボン酸、フッ化ホスホン酸、深共融溶媒、およびこれらの組み合わせから選択される、請求項６の方法。
8. 前記１つ以上の陽イオンは、ナトリウム、カリウム、バリウム、カルシウム、銅、マグネシウム、マンガン、ニッケルおよび亜鉛からなる群から選択される、請求項１の方法。
9. 前記１つ以上の陽イオンは、スズ酸ソーダまたはスズ酸カリから導出される、請求項８の方法。
10. 前記安定化された液体溶液は、１５ｐｐｍ以下の重量の金属陽イオンを含む、請求項１の方法。
11. 前記安定化された液体溶液は、１０ｐｐｍ以上の重量の金属陽イオンを含む、請求項１の方法。
12. 前記安定化された液体溶液は、１４重量％以上の過酸化水素を含む、請求項１の方法。
13. ステップｂ）における前記全フッ素置換イオン交換ポリマーは、ビーズまたはペレットの形態である、請求項１の方法。
14. ステップｂ）における前記接触させるステップは、前記安定化された液体溶液を前記全フッ素置換イオン交換ポリマーを含む充填層を通じて送るステップまたは前記全フッ素置換イオン交換ポリマーを前記安定化された液体溶液を含む前記リザーバ中に配置するステップを含む、請求項１の方法。
15. 前記全フッ素置換イオン交換ポリマーは、全フッ素置換ポリスルホン酸ポリマーである、請求項１の方法。
16. 前記膜ベース気化器システムの前記イオン交換膜は、ポリスルホン酸ポリマー膜または全フッ素置換ポリスルホン酸ポリマー膜である、請求項３の方法。
17. 前記イオン交換ポリマー膜は、ポリスルホン酸ポリマー膜または全フッ素置換ポリスルホン酸ポリマー膜である、請求項４の方法。
18. 前記ポリマーを酸と接触させることによりステップｂ）の前記全フッ素置換イオン交換ポリマーを再生するステップをさらに含む、請求項１の方法。
19. 前記酸は硝酸である、請求項１８の方法。
20. 前記精製された液体溶液を搬送して、前記膜ベース気化器システム内の前記全フッ素置換イオン交換膜と接触させるステップの前または最中に、前記精製された液体溶液を加熱するステップをさらに含む、請求項１の方法。
21. 前記蒸気を前記キャリアガスと接触させる前に、前記キャリアガスを加熱するステップをさらに含む、請求項４の方法。
22. 膜ベース気化器システムの性能特性を向上させる方法であって、当該方法が、
    ａ）膜ベース気化器システムのリザーバに、１０重量％以上の過酸化水素の液体溶液であって、１つ以上の陽イオンを含む安定化された液体溶液を提供するステップ、
    ｂ）前記安定化された液体溶液を全フッ素置換イオン交換ポリマーと接触させて、前記液体溶液から８０重量％以上の前記１つ以上の陽イオンが除去された精製された液体溶液を生成するステップ、
    ｃ）前記精製された液体溶液を搬送して、前記膜ベース気化器システムの全フッ素置換イオン交換膜と接触させるステップ、
    ｄ）過酸化水素蒸気が前記全フッ素置換イオン交換膜を通過して、前記膜ベース気化器システムのヘッドスペースの中に入るようにするステップ、および
    ｅ）安定した濃度の前記蒸気を前記ヘッドスペースからプロセスまたは用途へ供給するステップであって、前記プロセスまたは用途が、マイクロエレクトロニクスの製造または処理；細菌、ウイルス、および他の生物学的因子で汚染された表面の消毒；工業部品のクリーニング；医薬品の製造；ナノ材料の製造；電力の発生および制御装置；燃料電池；およびパワー伝達デバイス；のうちのいずれかのプロセスまたは用途であるステップ、
    を含み、
    これによって、前記安定化された液体溶液が前記膜ベース気化器システムの前記全フッ素置換イオン交換膜に到達するのを防ぐことにより前記膜ベース気化器システムの性能特性を向上させる、方法。
23. 前記安定化された液体溶液が、前記搬送するステップの前に５秒〜３時間、前記全フッ素置換イオン交換ポリマーと接触される、請求項１の方法。
24. 前記安定化された液体溶液が、前記搬送するステップの前に５秒〜３時間、前記全フッ素置換イオン交換ポリマーと接触される、請求項２２の方法。
25. 前記安定化された液体溶液が、２５重量％以上の過酸化水素を含む、請求項１２の方法。
26. 前記安定化された液体溶液が、５０重量％以上の過酸化水素を含む、請求項２５の方法。
27. 前記安定化された液体溶液が、３０重量％以上の過酸化水素を含む過酸化水素水溶液である、請求項１の方法。
28. 前記安定化された液体溶液が、３０重量％以上の過酸化水素を含む過酸化水素水溶液である、請求項２２の方法。

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