KR100601121B1 - 반응성 액체계 기체 저장 및 전달 시스템 - Google Patents

반응성 액체계 기체 저장 및 전달 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일반적으로 루이스 산도 또는 염기도를 갖는 기체를 선택적으로 저장한 뒤, 보통 5 psig 이하의 압력, 통상적으로 대기압 이하의 압력에서, 적당한 가열, 압력 감소 또는 양자의 조합으로 이 기체를 분배하는 저압의 저장 및 분배 시스템의 개선에 관한 것이다. 반대의 루이스 염기도 또는 산도를 갖는 반응성 액체 내에 가역적으로 반응된 상태로 기체를 저장하는 것을 개선점으로 한다.

Description

반응성 액체계 기체 저장 및 전달 시스템{REACTIVE LIQUID BASED GAS STORAGE AND DELIVERY SYSTEMS}
도 1은 포스핀, 아르신 및 삼불화붕소와 같은 기체의 저장 및 분배를 위한 관련 유체 회로를 구비한 저장 및 분배 용기의 개략적 사시도이다.
도 2는 다수의 반응성 액체에 대한 포스핀의 작업 용량의 그래프이다.
반도체 산업의 여러 공정에서는 각종 용도에 사용하기 위한 믿을 만한 처리 기체 공급원이 필요하다. 흔히 이들 기체는 실리더 또는 용기에 보관된 후, 제어 조건 하에 실리더로부터 처리 공정으로 전달된다. 반도제 제조 산업에서는, 예컨대 도핑, 에칭 및 박막 증착을 위해 포스핀(PH3), 아르신(AsH3) 및 삼불화붕소(BF3)와 같은 다수의 유해한 특수 기체를 사용한다. 이들 기체는 높은 독성과 자연 발화성(pyrophoricity)(공기중에서의 자발 가연성)에 기인한 상당한 안전 및 환경 문제를 내포하고 있다. 독성 인자 외에도, 이들 대부분의 기체는 실리더 중에 보관하기 위해서 고압에서 압축 및 액화된다. 고압 하에 금속 실린더 내에서 독성 기체를 보관하는 것이 허용되지 않을 때가 종종 있는데, 그 이유는 실린더의 누출이나 또는 큰 재앙이 될 수 있는 파열이 일어날 가능성이 있기 때문이다.
고압 실린더와 관련된 일부 안전 문제를 완화시키기 위해서, 현장에서 이러한 기체를 전기화학적으로 발생시켜 사용하여 왔다. 기체의 현장 합성은 곤란하기 때문에, 더욱 최근에는 고체 지지체 상에 이들 기체를 흡착시키는 저압 저장 및 전달 시스템 기술이 개발되고 있다. 이러한 저장 및 전달 시스템에 문제가 없는 것은 아니다. 이들 시스템은, 예컨대 용량이 불충분하여 전달에 제약이 있고, 열 전도도가 불량하다.
하기 특허 및 문헌에는 저압, 저 유속의 기체 저장 및 전달 시스템의 예가 개시되어 있다.
미국 특허 제4,744,221호는 제올라이트 상에서의 AsH3의 흡착을 개시하고 있다. 필요에 따라서, 약 175℃ 이하의 온도로 제올라이트를 가열하여 AsH3의 적어도 일부를 전달 시스템으로부터 방출시킨다. 용기 내에서 상당량의 AsH3가 제올라이트에 결합되어 있기 때문에, 가압 용기에 비하여 파열 또는 고장으로 인한 의도하지 않은 방출 효과는 최소화된다.
미국 특허 제5,518,528호는 대기압 이하의 압력에서 수소화물, 할로겐화물 및 유기금속 V족 기체 화합물을 저장 및 전달하는 물리적 흡착제를 기초로 한 전달계를 개시하고 있다.
미국 특허 제5,704,965호는 저장 시스템에 사용하기 위한 흡착제를 개시하며, 여기서 흡착제는 유체의 흡착 또는 탈착을 촉진 또는 향상시키는 화학 부분으로 처리되거나, 상기 화학 부분과 반응하거나, 또는 상기 화학 부분으로 작용화될 수 있다. 일례로는 탄소 흡착제 상에서의 아르신과 같은 수소화물 기체의 저장이 있다.
미국 특허 제5,993,766호는 유체의 대기압 이하의 압력에서의 저장 및 분배를 위한 물리적 흡착제를 개시하고 있는 데, 상기 흡착제는 화학적으로 변형되어 선택된 유체와의 상호작용에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 루이스 염기 아민기로 흡착제 물질을 작용화시켜 B2H6에 대한 흡착 친화도(BH3로서 흡착됨)를 증가시킬 수 있다.
미국 특허 제6,277,342호는 산기를 보유하는 하나 이상의 중합체 지지체를 사용하여 기체를 가역적으로 양성자화하여 브뢴스테드 염기 기체를 전달하는 방법을 개시하고 있다. 산/염기 반응으로부터 형성된 염은 중합체 지지체에 흡착된다.
본 발명은 일반적으로 루이스 염기도 또는 산도를 갖는 기체를 선택적으로 저장한 뒤, 5 psig 이하의 압력, 통상적으로 대기압 이하의 압력, 예컨대 일반적으로 760 Torr 이하에서, 압력차, 가열 또는 양자의 조합으로 이 기체를 분배하는 저압의 저장 및 분배 시스템의 개선에 관한 것이다. 루이스 산도 또는 염기도를 갖는 반응성 액체와 가역적으로 반응된 상태에 있는 기체를 저장하는 것을 개선점으로 한다.
루이스 염기도 또는 산도를 갖는 기체의 안전한 저장, 수송 및 전달을 위한 몇가지 장점이 실현될 수 있다. 이들 장점의 예로는 다음과 같은 것들이 있다:
·선박에 의한 수송 및 저장 과정에서 기체의 압력이 대기압 부근 또는 그 이하로 유지되는, 신뢰할 만한 기체 공급원을 유지하는 능력;
·실질적으로 순수한 형태로 기체를 저장 및 전달하는 능력;
·기체 적재 및 분배 과정에서 열 전달과 관련된 문제를 관리하는 능력;
·기계적 교반 및 펌핑이 가능하여 화합물 전달과 같은 조작을 더욱 효율적으로 실시할 수 있는 능력;
·반응성 성분을 선택함으로써 소정의 기체에 대한 결합 친화도를 최적화하는 능력; 및
·고체 흡착제와 관련된 표면 흡착 및 화학흡착 방법과 비교하여 높은 기체(또는 작업) 용량을 얻을 수 있는 능력.
본 발명은 포스핀, 아르신 및 삼불화붕소와 같이 전자 산업에 이용되는 루이스 염기도 또는 산도를 갖는 기체, 특히 유해한 특수 기체를 위한 저압의 저장 및 전달 시스템의 개선에 관한 것이다. 루이스 염기도를 갖는 기체와 루이스 산도를 갖는 반응성 액체의 가역적 반응, 또는 대안적으로 루이스 산도를 갖는 기체와 루이스 염기도를 갖는 반응성 액체의 가역적 반응을 실시하여 연속 액체 매체 중에 기체를 저장하는 것을 개선점으로 한다.
기체의 저장 및 분배 시스템은 저장하고자 하는 기체에 대해 반응성 친화도를 갖는 액상 매체를 유지하고, 기체를 선택적으로 유입 및 유출시키도록 구성 및 배열된 저장 및 분배 용기를 포함한다. 기체에 대한 반응성 친화도를 갖는 액상 매체가 저장 및 분배 용기 중에 배치된다. 분배 어셈블리는 저장 및 분배 용기와 기체 유동 연통 관계로 커플링되어 있고, 반응성 액상 매체로부터 열 및/또는 압력차로 매개되는 방출에 의해, 필요할 때 루이스 산도 또는 루이스 염기도를 갖는 기체를 선택적으로 분배하도록 구성 및 배열되어 있다. 분배 어셈블리는,
(i) 상기 저장 및 분배 용기의 외부에 상기 내부 압력보다 낮은 압력을 제공하여 반응성 액상 매체로부터 기체를 방출시키고 용기로부터 분배 어셈블리를 통해 기체를 흐르게 하며, 및/또는
(2) 반응성 액체와 기체의 반응열을 제거하는 수단과 기체의 방출을 실시하기 위해 반응성 액체를 가열하는 수단을 구비하여 용기로부터 분배 어셈블리로 기체가 흐르도록 구성 및 배열될 수 있다.
따라서, 일 측면에서 본 발명은 루이스 염기도를 갖는 기체에 대해 반응성 친화도를 보유하고 루이스 산도를 갖는 반응성 액체를 함유하는 저장 및 분배 용기를 포함하는, 루이스 염기도를 갖는 기체의 저장 및 전달 시스템에 관한 것이다. 또 다른 측면에서, 본 발명은 루이스 산도를 갖는 기체에 대해 반응성 친화도를 보유하고 루이스 염기도를 갖는 반응성 액체를 함유하는 저장 및 분배 용기를 포함하는, 루이스 산도를 갖는 기체의 저장 및 전달 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 특징은, 압력 매개 방법 및/또는 열 매개 방법을 이용하여 반응성 액체 내에 반응가능하게 저장된 기체를 반응성 액체로부터 쉽게 분리할 수 있다는 것이다. 압력 매개 방출이란, 반응성 액체로부터 기체를 방출시키는 설정의 압력 조건, 통상적으로 25℃에서 10-1∼10-7 Torr 범위에서의 방출을 의미한다. 예를 들어, 이러한 압력 조건은, 용기로부터 외부 환경으로 (예컨대, 매니폴드, 파이프, 도관 또는 기타 흐름 영역 또는 통로를 통해) 유체의 흐름을 유발하는 용기 내 반응성 액체와 용기의 외부 환경 사이의 압력차를 포함할 수 있다. 기체 방출을 실시하는 압력 조건은, 용기로부터 기체를 추출하는 진공 또는 흡인 조건을 반응성 액체에 가하는 것을 포함할 수 있다.
열 매개된 방출이란 기체가 용기로부터 배출 또는 방출될 수 있도록 반응성 액체를 가열하여 반응성 액체로부터 기체를 방출시키는 것을 의미한다. 통상적으로 열 매개된 방출의 온도 범위는 30∼150℃이다. 종래 공정에 사용되는 바와 같은 다공성 고체 매체와는 대조적으로 착체 형성 매체는 연속 액체이기 때문에 열 전달이 촉진된다.
상기 일반적인 설명과 관련하여 저장 및 전달 시스템의 이해를 돕기 위해서, 도 1을 참조한다. 저장 및 분배 시스템(10)은 긴 형태의 통상적인 기체 실린더 용기와 같은 저장 및 분배 용기(12)를 포함한다. 이 용기의 내부 용적(14)에는 저장하고자 하는 기체와 적절한 반응성을 갖는 액체(16)가 배치된다. 용기(12)의 상부 말단에는, 포트(19)에서 실린더(12) 주 본체와 커플링되어 있는 통상적인 실리더 헤드 기체 분배 어셈블리(18)가 구비되어 있는데, 이 어셈블리는 밸브, 조절기 등을 포함한다. 포트(19)는 실린더 내에 유지된 반응성 액체로부터 분배 어셈블리(18)로의 기체 흐름을 가능하게 한다. 경우에 따라서, 용기에는 전달 부위에 제공된 개폐 밸브와 조절기가 구비되어 있을 수 있다.
저장 및 전달 용기(12)는 반응성 액체에 결합된 기체가 방출되도록 평형 이동을 열적 보조하는 작용을 하는 내부 가열 수단(도시되지 않음)을 구비할 수 있다. 종종, 반응성 액체 내에 저장된 기체는 적어도 부분적으로, 가장 바람직하게는 완전히 압력 매개 방출에 의해 기체를 함유하는 저장 및 분배 용기로부터 분배된다. 이러한 압력차는 한편으로는 저장 및 분배 용기 사이의 유동 연통 관계에 의해 정해지고, 다른 한편으로는 진공 또는 저압 이온 주입 챔버에 의해 정해질 수 있다. 저장 및 전달 용기(12)에는 반응성 액체로부터 기체 확산 속도를 증가시키는 작용을 하는 교반(도시되지 않음) 수단이 구비될 수 있다.
반응성 액체를 용기 내로 수송한 후 현장에서 용기 내에 반응 착체를 형성하기 위한 조건 하에 기체를 첨가할 수 있다는 점에서 저장 및 전달 용기(12)는 반응기 자체로서 사용될 수 있다. 반응성 액체 및 기체로 구성된 반응성 착체는 저장 및 전달 시스템의 외부에서 형성되어 저장 용기(12)로 이송될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 공정의 주안점은 기체와 반대되는 루이스 산도 또는 루이스 염기도를 갖는 기체 저장 및 전달용의 비휘발성의 반응성 액체를 사용하는 것이다. 루이스 염기인지 루이스 산인지와는 무관하게, 기체와의 결하을 위한 반응성 액체는, 20∼760 Torr의 압력 범위에서 작업 용량이 액체 1 ℓ당 기체 0.5 몰 이상, 바람직하게는 액체 1 ℓ당 기체 1 몰 이상(예컨대, 액체 1 ℓ당 PH3 34 g, AsH3 78 g, B2H6 28 g 또는 BF3 68 g)이 되도록 하고, 상온 이하의 온도 범위, 예컨대 0℃ 내지 150℃, 20∼760 Torr의 작업 압력 범위에서 반응된 기체의 15% 이상, 바람직하게는 50% 이상, 가장 바람직하게는 65% 이상을 반응성 액체로부터 분리할 수 있도록 선택한다.
적절한 반응성 액체는 휘발성이 낮고, 바람직하게는 증기압이 25℃에서 약 10-2 Torr 이하, 더욱 바람직하게는 25℃에서 10-4 Torr 이하이다. 이러한 방식에서 반응성 액체로부터 방출하고자 하는 기체는 실질적으로 순수한 형태로, 반응성 액체 담체로부터 유래한 오염물을 실질적으로 함유하지 않은 상태로 전달될 수 있다. 오염도가 용인될 수 있다면 증기압이 10-2 Torr 이상인 액체도 사용가능하다. 그렇지 않은 경우에는, 액체 흡착제와 공정 설비 사이에 스크러빙 장치를 설치해야 한다. 이러한 방식에서는, 반응성 액체를 스캐빈저하여 전달될 기체의 오염을 예방할 수 있다. 이온 액체는 융점이 낮고(즉, 통상적으로 실온 이하), 보통 증발 전에, 일반적으로 200℃ 이상의 온도에서 분해되는데, 이러한 특성은 반응성 액체로서의 이온 액체의 적합성을 향상시킨다.
이온 액체는 저장하고자 하는 기체와 가역적 반응을 실시하기 위한 루이스 산 또는 루이스 염기의 반응성 액체로서 작용할 수 있다. 이들 반응성의 이온 액체는 양이온 성분과 음이온 성분을 포함한다. 반응성 이온 액체의 산도 또는 염기도는 양이온 강도, 음이온 강도, 또는 양이온과 음이온의 혼합 강도에 의해 좌우된다. 대부분의 공통 이온 액체는 알킬포스포늄, 알킬암모늄, N-알킬피리디늄 또는 N,N'-디알킬이미다졸륨 양이온의 염을 포함한다. 공통 양이온은 C1-18 알킬기를 포함하며, N-알킬-N'-메틸이미다졸륨 및 N-알킬피리디늄의 에틸, 부틸 및 헥실 유도체를 포함한다. 다른 양이온으로는 피리다지늄, 피리미디늄, 피라지늄, 피라졸륨, 트리아졸륨, 티아졸륨 및 옥사졸륨 등이 있다.
양이온 상에 반응성 작용기를 보유하는 "작업 지향적(task-specific)" 이온 액체가 공지되어 있다. 루이스 염기 또는 루이스 산 작용기를 함유하는 작용화된 양이온을 이용하여 이러한 이온 액체를 제조할 수 있으며, 여기서 이들 이온 액체를 사용할 수 있다. 작업 지향적 이온 액체로는 상기 양이온의 아미노프로필 등의 아미노알킬, 우레이도프로필, 티오우레이도 유도체 등이 있다. 작용화된 양이온을 함유하는 작업 지향적 이온 액체의 구체적인 예로는 1-알킬-3-(3-아미노프로필)이미다졸륨, 1-알킬-3-(3-우레이도프로필)이미다졸륨, 1-알킬-3-(3-티오우레이도프로필)이미다졸륨, 1-알킬-4-(2-디페닐포스파닐에틸)피리디늄, 1-알킬-3-(3-설포프로필)이미다졸륨 및 트리알킬-(3-설포프로필)포스포늄의 염 등이 있다.
루이스 산도를 실현하기 위해 이온 액체의 양이온 성분과 각종 음이온 성분을 대응시킬 수 있다. 한 가지 유형의 음이온은 금속 할로겐화물로부터 유도된다. 가장 빈번하게 사용되는 할로겐화물은 염화물이지만, 다른 할로겐화물을 사용할 수 있다. 음이온 성분, 예컨대 금속 할로겐화물을 공급하기 위한 바람직한 금속으로는 구리, 알루미늄, 철, 아연, 주석, 안티몬, 티탄, 니오븀, 탄탈, 갈륨 및 인듐 등이 있다. 금속 염화물 음이온의 예로는 CuCl2 -, Cu2Cl3 -, AlCl4 -, Al2Cl7 -, ZnCl3 -, ZnCl4 2-, Zn2Cl5 -, FeCl3 -, FeCl4 -, Fe2Cl7 -, TiCl5 -, TiCl6 2-, SnCl5 -, SnCl6 2- 등이 있다.
이온 액체의 합성에서 공지된 바와 같이, 사용된 금속 할로겐화물의 종류와 금속 할로겐화물의 양은 이온 액체의 산도에 영향을 미친다. 예를 들어, 삼염화알 루미늄이 염화물 전구체에 첨가되는 경우, 생성되는 음이온은 AlCl4 - 또는 Al2 Cl7 -의 형태로 존재할 수 있다. 삼염화알루미늄으로부터 유도된 2종의 음이온은 산도 특성이 상이하며, 이러한 산도 특성 차이는 반응가능하게 저장될 수 있는 기체의 종류에 영향을 준다.
실온의 이온 액체는 양이온의 할로겐화물 화합물을 음이온 공급 반응물과 반응시켜 형성할 수 있다.
루이스 산 또는 루이스 염기의 이온 액체가 제조될 수 있는 할로겐화물 화합물의 예는 다음과 같다:
1-에틸-3-메틸이미다졸륨 브로마이드;
1-에틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드;
1-부틸-3-메틸이미다졸륨 브로마이드;
1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드;
1-헥실-3-메틸이미다졸륨 브로마이드;
1-헥실-3-메틸이미다졸륨 클로라이드;
1-메틸-3-옥틸이미다졸륨 브로마이드;
1-메틸-3-옥틸이미다졸륨 클로라이드;
모노메틸아민 히드로클로라이드;
트리메틸아민 히드로클로라이드;
테트라에틸암모늄 클로라이드;
테트라메틸 구아니딘 히드로클로라이드;
N-메틸피리디늄 클로라이드;
N-부틸-4-메틸피리디늄 브로마이드;
N-부틸-4-메틸피리디늄 클로라이드;
테트라부틸포스포늄 클로라이드; 및
테트라부틸포스포늄 브로마이드.
시스템이 포스핀 또는 아르신을 저장하는 데 사용되는 경우, 바람직한 반응성 액체는 이온 액체이며, 반응성 액체의 음이온 성분은 쿠프레이트 또는 알루미네이트이고 양이온 성분은 디알킬이미다졸륨염으로부터 유도된다.
루이스 산 반응성 액체, 예컨대 이온 액체로부터 저장 및 전달하고자 하는 루이스 염기도를 갖는 기체는 포스핀, 아르신, 스티벤, 암모니아, 황화수소, 셀렌화수소, 텔루르화수소, 동위원소가 풍부한 유사체, 염기성 유기 화합물 또는 염기성 유기금속 화합물 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
화학적으로 착체를 형성하는 루이스 산 기체에 유용한 루이스 염기성 이온 액체에 있어서, 이러한 이온 액체의 음이온 또는 양이온 성분 또는 양쪽 성분은 루이스 염기일 수 있다. 일부 경우에, 음이온 및 양이온은 모두 루이스 염기이다. 루이스 염기 음이온의 예로는 카르복실레이트, 플루오르화된 카르복실레이트, 설포네이트, 플루오르화된 설포네이트, 이미드, 보레이트, 염화물 등이 있다. 공통 음이온 형태는 BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, CH3COO-, CF3COO-, CF3SO3 -, p-CH3-C6H4SO3 -, (CF3SO2)2N-, (NC)2N-, (CF3SO2)3C-, 염화물 및 F(HF)n -를 포함한다. 다른 음이온은 알킬알루미네이트, 알킬보레이트 또는 아릴보레이트와 같은 유기금속 화합물과 전이 금속종을 포함한다. 바람직한 음이온으로는 BF4 -, p-CH3-C6H4SO3 -, CF3SO3 -, (CF3SO2)2N-, (NC)2N-, (CF3SO2)3C-, CH3COO- 및 CF3COO- 등이 있다.
루이스 염기기를 포함하는 양이온 함유 이온 액체는 루이스 산도를 갖는 기체를 저장하는 데 사용될 수 있다. 루이스 염기성 양이온의 예로는 N,N'-디알킬이미다졸륨과 그 밖에 복수의 헤테로원자를 갖는 환식 화합물 등이 있다. 루이스 염기기는 음이온 또는 양이온 상의 치환기의 일부일 수 있다. 잠재적으로 유용한 루이스 염기성 치환기로는 아민, 포스핀, 에테르, 카르보닐, 니트릴, 티오에테르, 알코올, 티올 등이 있다.
루이스 염기 반응성 액체, 예컨대 이온 액체 내에 저장되고 이로부터 전달되는 루이스 산도를 갖는 기체는 디보란, 삼불화붕소, 삼염화붕소, SiF4, 게르만, 시안화수소, HF, HCl, HI, HBr, GeF4, 동위원소가 농축된 유사체, 산성 유기 화합물 또는 산성 유기금속 화합물 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
루이스 산 또는 루이스 염기 작용기를 포함하는 비휘발성 공유결합 액체는 화학적으로 착체를 형성하는 기체에 대한 반응성 액체로서 유용하다. 이러한 액체는 별개의 유기 또는 유기금속 화합물, 올리고머, 저 분자량 중합체, 분지쇄 비정질 중합체, 천연 및 합성 오일 등일 수 있다.
루이스 산 작용기를 보유하는 액체의 예로는 치환된 보란, 보레이트, 알루미늄 또는 알루목산; 카르복실산 및 설폰산 등의 양성자 산, 및 티탄, 니켈, 구리 등의 금속의 착체 등이 있다.
루이스 염기 작용기를 보유하는 액체의 예로는 에테르, 아민, 포스핀, 케톤, 알데히드, 니트릴, 티오에테르, 알코올, 티올, 아미드, 에스테르, 우레아, 카르바메이트 등이 있다. 반응성 공유결합 액체의 구체적인 예로는 트리부틸보란, 트리부틸 보레이트, 트리에틸알루미늄, 메탄설폰산, 트리플루오로메탄설폰산, 사염화티탄, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르, 트리알킬포스핀, 트리알킬포스핀 옥시드, 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리에스테르, 폴리카프로락톤, 폴리(올레핀-알트-일산화탄소), 아크릴레이트, 메타크릴레이트 또는 아크릴로니트릴 등의 올리고머, 중합체 또는 공중합체 등이 있다. 이들 액체는 고온에서 휘발성이 지나치고 열 매개된 방출에는 적합하지 않은 경우가 흔히 있다. 그러나, 압력 매개된 방출에는 적합할 수 있다.
정의
총 용량(Total Capacity)(또는 용량): 소정의 온도 및 압력에서 반응성 액체 1 ℓ와 반응하는 기체의 몰.
작업 용량(Working Capacity)(Cw): 소정의 온도 및 압력 범위, 통상적으로 20∼50℃의 온도 및 20∼760 Torr 범위의 압력에 대해 특정화된 값으로서, 초기에 저장된 후 분배 조작 과정에서 액체로부터 분리가능한 반응성 액체 1 ℓ당 기체의 몰.
Cw = (반응된 기체의 몰 - 전달 후에 남아있는 기체의 몰)/(반응성 액체의 양(ℓ))
가역성 비율(%): 소정의 온도 및 압력 범위, 통상적으로 20∼50℃의 온도 및 20∼760 Torr 범위의 압력에 대해 특정화된 값으로서, 초기에 액체와 반응하고 압력차에 의해 차후 분리가능한 기체의 비율(%).
가역율(%) = [(반응된 기체의 몰 - 전달 후에 남아있는 기체의 몰)/(초기 반응된 기체의 몰)] X 100.
양호한 루이스 산/염기 및 루이스 염기/산 시스템은 소정의 시스템에 대한 반응의 깁스 자유 에너지(ΔGrxn)로부터 확립할 수 있음을 발견하였다. 루이스 산도 또는 염기도를 갖는 기체 및 반응성 액체를 기초로 한 저장 및 전달 시스템에서, 작동가능한 온도 및 압력에 대한 ΔGrxn 범위가 존재하고, 그 값은 -1∼약 -6 kcal/몰이다. 또한, 소정의 온도 및 압력 범위에 대해, 액체에 대한 최대 작업 용량에 상응하는 최적 ΔGrxn가 존재한다. 기체 PH3에 대해 살펴보면, ΔGrxn(및 이에 따른 Keq) 범위가 너무 작은 경우, 반응성 액체는 PH3에 대한 용량이 불충분할 것이다. 불충분한 용량은, 총 용량이 더 큰(즉, PH3 반응성기의 농도가 더 높음) 반응성 액체를 선택하여 보상할 수 있다. ΔGrxn(및 이에 따른 Keq) 범위가 너무 큰 경우, 소정의 전달 온도에서 분리가능한 PH3의 양이 불충분하다. 25℃의 온도 및 20∼760 Torr의 압력에서 PH3의 루이스산 A와의 반응을 위한 ΔGrxn의 최적 값 범위는 약 -2.5∼-3.5 kcal/mol이다. 루이스 산/염기 기 1 당량과 기체 1 당량의 반응을 포함하는 용액 내의 모든 시스템의 경우, 최적 ΔGrxn은 25℃ 및 20∼760 Torr에서 약 -3 kcal/mol이다. 다른 시스템의 경우, 예컨대 기체와 액체가 반응하여 고체 착체를 형성하는 경우 또는 1 당량 이상의 기체가 1 당량의 루이스 산/염기 기와 반응하는 경우 상황은 더욱 복잡하다.
적절한 저장 및 전달 시스템 개발에 있어서 난점 중 하나는 ΔGrxn를 예측하여 적절한 기체와 적절한 반응성 액체를 대응시키는 것이다. 실험을 최소화하면서 가능한 시스템의 실행성을 계획하기 위해서, 양자 역학법을 사용하여 분자 구조를 설명할 수 있다. 밀도 범함수론(DFT)은 소정의 반응에 대한 전자 에너지 변화의 이론 값(ΔErxn= Eproducts의 합 - Ereactants의 합)을 결정하는 데 사용할 수 있는 대중적인 방법이다. 이하에 이러한 측정에 관해 설명되어 있다. 계산 결과는 약 ±3 kcal/mol의 오차가 있는 것으로 추정된다.
액상의 반응 생성물을 얻기 위한 액상의 루이스 산 수용체(A) 1 당량과 PH3 기체 1 당량의 반응은 하기 반응식 1로 표시된다.
Figure 112004014902048-pat00001
Figure 112004014902048-pat00002
이 반응에 대한 평형 상수 Keq는 수학식 1로 표시된다. Keq는 반응의 깁스 자유 에너지 변화 ΔGrxn에 따라 달라지며, PH3와 A의 결합 친화도의 척도이다. ΔG, K 및 온도(켈빈) 관계는 하기 수학식 2 및 3에 제시된다.
Figure 112004014902048-pat00003
Figure 112004014902048-pat00004
ΔErxn 값은 엔탈피 변화(ΔH, 수학식 2 참조)의 대략적인 값으로서 사용될 수 있다. 또한, 유사한 반응, 예컨대 동일한 온도 및 압력 조건 하의 가역적 반응들에 대해 반응 엔트로피(ΔS)가 대략 동일한 것으로 가정한 경우, ΔErxn에 대해 계산된 값을 사용하여, ΔGrxn 값은 대략 ΔErxn에 비례한다는 관계를 전제로 이들 반응에 대한 ΔGrxn 값을 비교할 수 있다. 따라서, ΔErxn에 대해 계산된 값을 사용하면, 소정의 기체에 대한 적절한 반응성을 갖는 이온 액체를 비롯한 반응성 액체를 예측하는 데 도움이 될 수 있다.
하기 실시예는 본 발명의 각종 구체예들을 예시하기 위한 것이며, 이의 범위를 제한하려는 것은 아니다.
실시예
일반 절차
실시예에서 기체 저장 및 전달을 위한 반응성 액체의 유효성을 입증하기 위한 일반적인 절차는 이하에 개시되어 있다. 화학적 착체 형성을 위한 설명 기체로서 PH3 및 BF3가 사용되었다.
글로브 박스에서, 25 ㎖ 또는 50 ㎖ 스테인레스 스틸 반응기에 기지량의 액체를 투입하였다. 반응기를 밀봉하고, 글로브 박스에서 꺼낸 후, 순수한 PH3 또는 BF3의 가압 실런더, 스테인레스 스틸 밸러스트와 PH3 또는 BF3 스캐빈저 물질을 포함하는 용기로 배출시키는 진공 펌프를 포함하는 장치에 연결시켰다. 기체 조절기를 닫고 실험 장치를 조절기까기 배기시켰다. 헬륨 피크노메트리를 사용하여 후속 순환을 위해 밸러스트, 배관 및 반응기 헤드스페이스 부피를 측정하였다. 장치를 다시 탈기시킨 후 진공이 되게 폐쇄하였다. 하기 단계를 이용하여 반응기에 증분으로 PH3 또는 BF3를 도입하였다: 1) 밸러스트에 도달하는 밸브를 폐쇄하여 반응기를 분리하는 단계, 2) 질량 유량 조절기를 통해 밸러스트(약 800 Torr)에 PH3 또는 BF3를 첨가하는 단계, 3) 반응기 내용물을 교반하면서 반응기 밸브를 개방하고, 기체압이 평형이 되게 하는 단계. 소정의 평형 증기압이 얻어질 때까지 이들 단계를 반복하였다. 각 증분으로 첨가된 PH3 또는 BF3의 양은 이상 기체 법칙에 따라 압력 및 부피 차로 측정하였다. 반응된 PH3 또는 BF3의 양은 배관 및 반응기 헤드스페이스 부피를 감하여 측정하였다.
실시예 1
PH 3 에 대한 루이스 산성의 이온 액체인 BMIM + Al 2 Cl 7 -
분자 모델링을 사용하여 PH3와 루이스 산성 이온 액체에 대한 결합 에너지 ΔErxn를 계산하였다. 양이온으로서 1,3-디메틸이미다졸륨, 음이온으로서 Al2Cl7 -을 사용하여 이온쌍으로서 이온 액체를 모델링하고, Al2Cl7 - 음이온 1 당량(Al2Cl7 - 농도 = 3.2 mol/ℓ)에 대하여 1 당량의 PH3가 반응하였다고 가정하였다. 이중 수치(double numerical)(DN**) 기본 집합(basis set)을 이용하여 BP 레벨에서 밀도 범함수론(DFT)을 사용하여 최소의 에너지 기하 최적값을 기준으로 구조를 결정하였다. 루이스 산성 이온 액체는 ΔErxn가 7.1 kcal/mol인 것으로 계산되었으며, 이것은 일반적인 오차 한계 내에 있긴 하지만 반응이 약간은 바람직하지 않다는 것을 시사한다. 모델링의 결과를 명확하게 하기 위해서, 다음 반응을 실행하였다.
글로브 박스에서, AlCl3(2 당량) 9.07 g을 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드(BMIM+Cl) 5.94 g(1 당량)에 서서히 첨가하였다. (이것은 음이온 Al2Cl7 -가 1 당량의 BMIM+Cl-에 대해 반응 화학양론 2 당량의 AlCl3로부터 형성된다고 가정한 것이다). 25 ㎖ 반응기에 BMIM+Al2Cl7 -(밀도 = 1.2 g/㎖) 4.61 g을 투입하고, PH3 반응을 측정하는 일반적인 절차를 실시하였다. 이온 액체는 실온 및 776 Torr에서, 이온 액체 1 ℓ당 1.8 mol PH3에 상응하는 PH3 6.9 mmol과 반응하였다.
결과는 다음과 같다: 가역율(%) = 89%, 작업 용량 = 1.6 mol/ℓ(실온, 20∼760 Torr). 실험 ΔGrxn는 25℃에서 약 -1.9 kcal/mol이다.
이들 결과는 이온 액체 BMIM+Al2Cl7 -은 PH3에 대한 반응성 액체로서 효과적이며 도면에 도시된 바와 같은 저장 및 전달 시스템에 사용하기 적절하다는 것과, ΔErxn은 반응성 시스템의 선택에 있어서 양호한 지침을 제공한다는 점을 보여준다.
형성된 착체의 저장 및 전달 시스템으로의 전달은 착체를 용기로 펌핑하여 실시할 수 있다.
실시예 2
PH 3 에 대한 루이스 산성의 이온 액체인 BMIM + CuCl 2 -
글로브 박스에서, BMIM+Cl-(1:1 화학양론) 5.46 g이 투입된 플라스크에 CuCl 3.10 g을 서서히 첨가하였다. (이것은 음이온 CuCl2 -가 1 당량의 BMIM+Cl-에 대해 반응 화학양론 1 당량의 CuCl로부터 형성된다고 가정한 것이다). 혼합물을 밤새 교반하고 저장하였다. 유리 삽입체에 이온 액체(밀도 = 1.4 g/㎖) 7.71 g을 투입하고 50 ㎖ 반응기에 두고, PH3 반응을 측정하는 일반적인 절차를 실시하였다. 루이스 산성 이온 액체는 실온 및 674 Torr에서 PH3 7.6 mmol과 반응하였으며, 이는 이온 액체 1 ℓ당 PH3 1.4 mol에 상응하는 양이다. 평형 데이타 점은 구하지 않았으며, 가역율(%) 및 작업 용량도 측정하지 않았다. 그러나, 이러한 반응성 액체는 가역율(%)이 높을 것이며, 따라서 저장 및 전달 시스템을 위한 충분한 작업 용량을 가질 것으로 추정된다.
실시예 3
PH 3 에 대한 루이스 산성의 이온 액체인 BMIM + Cu 2 Cl 3 -
분자 모델링을 사용하여 반응성 액체로서 BMIM+Cu2Cl3 -의 유효성을 대략 산정하였다. 양이온으로서 1,3-디메틸이미다졸륨, 음이온으로서 Cu2Cl3 -을 사용하여 이온쌍으로서 이온 액체를 모델링하고, 1 당량의 PH3가 각 당량의 구리(구리 반응성 기의 농도 = 9.7 mol/ℓ)와 반응하였다고 가정하였다. 이중 수치(DN**) 기본 집합을 이용하여 BP 레벨에서 밀도 범함수론(DFT)을 사용하여 최소의 에너지 기하 최적값을 기준으로 구조를 결정하였다. 루이스 산성 이온 액체는 PH3와의 반응에 대한 평균 ΔErxn가 -5.5 kcal/mol인 것으로 계산되었다. 이 결과는 이 이온 액체가 실시예 1의 BMIM+Al2Cl7 -보다 더욱 강하게 PH3에 결합한다는 것을 제시한다. ΔGrxn가 ΔErxn보다 범위가 작고 20∼760 Torr의 압력 범위 및 실온에서의 최적 ΔGrxn가 약 -3 kcal/mol이기 때문에, 이들 결과는 BMIM+Cu2Cl3 -의 결합 성질이 PH3와의 가역적 반응에 적합할 수 있다(즉, 높은 작업 용량 및 높은 가역율(%))는 것을 제시한다.
글로브 박스에서, BMIM+Cl- 10.2 g을 투입한 둥근 바닥 플라스크에 CuCl 11.6 g을 서서히 첨가하였다(2:1 화학양론). (이것은 음이온 Cu2Cl3 -가 1 당량의 BMIM+Cl-에 대해 반응 화학양론 2 당량의 CuCl로부터 형성된다고 가정한 것이다). 혼합물을 밤새 교반하였다. 유리 삽입체에 이온 액체(밀도 = 1.8 g/㎖) 12.02 g을 투입하고 50 ㎖ 반응기에 두고, PH3 반응을 측정하는 일반적인 절차를 실시하였다. 이온 액체는 실온 및 736 Torr에서 PH3 51 mmol과 반응하였으며, 이것은 이온 액체 1 ℓ당 PH3 7.6 mol에 상응하는 양이다.
결과는 다음과 같다: 가역율(%) = 84%, 작업 용량 = 6.4 mol/ℓ(실온, 20∼736 Torr). 실험 ΔGrxn는 22℃에서 약 - 2.6 kcal/mol이다.
이 반응성 액체는 반응성 기 농도가 더 높고(이론 용량 9.7 대 3.2 mol/ℓ), ΔErxn에 의해 계산되고 ΔGrxn에 의해 측정된 PH3에 대한 결합 친화도가 BMIM+Al2Cl7 -과 비교하여 더욱 양호하게 부합되기 때문에, 이 반응성 액체는 실시예 1의 알루미네이트계 이온 액체를 능가하였다.
실시예 4
PH3에 대한 루이스 염기성의 이온 액체인 BMIM+BF4 -
50 ㎖ 반응기에 BMIM+BF4 - 3.99 g을 투입하고, PH3 반응을 측정하기 위한 일반적인 절차를 실시하였다. 이온 액체는 약간 루이스 염기성이고 루이스 염기 PH3와 반응하지 않는데, 이것은 실시예 1 내지 3에 개시된 바와 같은 루이스 산성 종이 PH3와의 반응에 필요하다는 것을 입증하는 것이다. ΔGrxn 반응은 ≥0이다.
실시예 5
PH 3 에 대한 산/염기 중성의 이온 액체인 BMIM + AlCl 4 -
BMIM+Cl에 AlCl3를 첨가하여(1:1 화학양론) 형성된 BMIM+AlCl4 - 9.81 g을 50 ㎖ 반응기에 투입하고, PH3 반응을 측정하기 위한 일반적인 절차를 실시하였다. (이것은 음이온 AlCl4 -가 1 당량의 BMIM+Cl-에 대해 반응 화학양론 1 당량의 AlCl3로부터 형성된다고 가정한 것이다). 이온 액체는 PH3 0.44 mmol과 반응하였으며, 이것은 이온 액체 1 ℓ당 PH3 약 0.06 mol에 해당하는 양이다. AlCl4 - 음이온은 루이스 산이 아니다. PH3 반응의 양이 적게 관찰되는 것은 루이스 산 Al2Cl7 -의 농도가 낮기 때문인 것으로 생각된다. 본 실시예는 루이스 산성 종이 PH3와의 반응에 필요하다는 것을 추가로 입증하는 것이다. ΔGrxn 반응은 ≥0이다.
실시예 6
PH 3 에 대한 액체 브뢴스테드산인 메탄설폰산
50 ㎖ 반응기에 메탄설폰산(밀도 = 1.35 g/㎖) 8.81 g을 투입하고, PH3 반응을 측정하기 위한 일반적인 절차를 실시하였다. 이 산은 PH3 5.6 mmol과 반응하였으며, 이것은 액체 1 ℓ당 0.86 mol PH3에 상응하는 양이다.
그 결과 가역율(%) = 75%, 작업 용량 = 0.66 mol/ℓ(실온, 20∼514 Torr)였다. PH3와 메탄설폰산간의 결합 친화도는 약하므로, 총 용량 및 작업 용량은 실시예 1∼3의 반응 시스템과 비교하여 중간 정도이고 가역율(%)은 높다. 시스템은 저장 및 전달 시스템의 필수 기준을 만족한다. 메탄설폰산의 증기압(25℃에서 ~1 Torr)으로 인해 전달된 기체는 산으로 오염되어 있으며, 사용 전에 스크러빙 단계가 필요하다.
실시예 7
PH 3 에 대한 액체 브뢴스테드산인 트리플산
50 ㎖ 반응기에 트리플산(밀도 = 1.70 g/㎖) 4.68 g을 투입하고, PH3 반응을 측정하기 위한 일반적인 절차를 실시하였다. 이 산은 PH3 14.7 mmol과 반응하였으며, 이것은 액체 1 ℓ당 5.3 mol PH3에 상응하는 양이다.
그 결과 가역율(%) = 0%, 작업 용량 = 0 mol/ℓ(실온, 20∼721 Torr)였다. PH3와 트리플산간의 결합 친화도는 너무 강해서, 반응은 필요한 압력 범위에서 실온하에 비가역적이다. 열 매개 방출을 실시하기에는 이 액체의 휘발성이 너무 크다. 이것은 반응성 액체에 대한 친화도가 낮은 루이스 염기 기체에 적합할 수 있다. 트리플산의 증기압(25℃에서 8 Torr)이 너무 높기 때문에 전달된 기체는 산으로 오염되어 있으며, 사용 전에 스크러빙 단계가 필요하다.
실시예 8
PH 3 에 대한 휘발성 액체 반응성 화합물인 TiCl 4
50 ㎖ 반응기에 TiCl4(액체, 밀도 = 1.73 g/mol) 12.56 g을 투입하고, 반응기를 빙조에서 약 7℃로 냉각시키고, PH3 반응을 측정하기 위한 일반적인 절차를 실시하였다. 이 이온 액체는 428 Torr의 평형 증기 압력 및 12℃의 온도에서, TiCl4 1 ℓ당 PH3 13.8 mol에 상응하는 양인 PH3 100.3 mmol과 반응하였다.
그 결과 가역율(%) = 41%, 작업 용량 = 5.6 mol/ℓ(12℃, 44∼428 Torr)였다. TiCl4의 증기압이 너무 높기 때문에 전달된 기체는 휘발성 티탄 착체로 오염되어 있으며, 사용 전에 스크러빙 단계가 필요하다.
비교예 9
PH 3 와 루이스 산의 반응 및 제올라이트 5Å에 대한 PH 3 등온선 비교
실시예 1, 3, 6, 7 및 8에 대한 일련의 반응 등온선을 제올라이트 5Å 상의 PH3 흡착에 대한 보고된 등온선과 비교하기 위해 입수하였다. 등온선은 도 2에 도시되어 있다.
도 2에서, PH3는 제올라이트 5Å상에서 지나치게 강하게 흡착되기 때문에 제올라이트 5Å 상에 흡착된 총 PH3의 상당한 부분은 정상 분배 조건하에 사용될 수 없는 것으로 관찰되었다. 제올라이트 5Å에 대한 흡착 등온선은, 20∼710 Torr에서 작업 용량이 1.9 mol/ℓ이고 가역율(%)이 66%인 것으로 나타낸다. 총 PH3의 약 1/3이 20 Torr 이하의 압력에서 흡착된 상태로 남아있다.
BMIM+Al2Cl7 -와 관련하여, 이것은 제올라이트 5Å보다 총 용량과 작업 용량(20∼760 Torr에서 1.6 mol/ℓ)이 낮지만, PH3 중 89%는 20 Torr로 내려갈 때까지 가역적으로 결합된다.
BMIM+Cu2Cl3 -에 대해 얻은 반응 등온선은 제올라이트 5Å보다 이온 액체에서 총 용량 및 작업 용량(20∼736 Torr에서 6.4 mol/ℓ)이 유의적으로 높다는 것을 보여준다. 가역적으로 결합된 PH3의 양도 유의적으로 높다(동일한 압력 범위 하에서 BMIM+Cu2Cl3 -의 경우 약 84% 대비 제올라이트 5Å의 경우 66%).
도 2는 메탄설폰산이 PH3와 강하게 반응하지 않기 때문에 이의 용량이 낮다(515 Torr에서 0.9 mol/ℓ)는 것을 보여준다. 그러나, PH3의 거의 전부는 가역적으로 반응한다.
트리플산은 용량이 비교적 높지만(721 Torr에서 5.3 mol/ℓ), 반응(결합 친화도)이 너무 강하여 반응된 PH3 중에서 제거가능한 것은 거의 없다.
TiCl4는 1 당량 이상의 PH3와 반응하여 다단계 등온선을 제공한다. TiCl4의 작업 용량이 높지만(44∼428 Torr에서 5 mol/ℓ 이상), 티탄 종의 휘발성으로 인해 기체는 불순물을 함유한다.
실시예 10
BF 3 에 대한 루이스 염기 이온 액체인 BMIM + BF 4 -
분자 모델링을 사용하여 BF3의 화학적 착체 형성에 대한 반응성 액체로서의 BMIM+BF4 -의 유효성을 대략적으로 조사하였다. 양이온으로서 1,3-디메틸이미다졸륨을 사용하여 이온쌍으로서 이온 액체를 모델링하고, 1 당량의 BF3를 각 당량의 BMIM+BF4 -(BF4 - 반응성 기의 농도 = 5.4 mol/ℓ)로부터의 음이온과 반응시켰다고 가정하였다. 이중 수치(DN**) 기본 집합을 이용하여 BP 레벨에서 밀도 범함수론(DFT)을 사용하여 최소의 에너지 기하 최적값을 기준으로 구조를 결정하였다. 루이스 염기 이온 액체는 BF3와의 반응에 대한 ΔErxn가 -5.5 kcal/mol인 것으로 계산되었다.
모델링 결과, BF3에 대한 이온 액체의 결합 친화도는, ΔErxn가 또한 -5.5 kcal/mol인 것으로 계산된 실시예 3의 BMIM+Cu2Cl3 -와 PH3 의 결합 친화도와 유사하다는 것이 확인된다. 루이스 산 BMIM+Cu2Cl3 -와 루이스 염기 PH 3 사이의 가역 반응은 최적값에 근사한 작업 용량을 제공하기 때문에, 이러한 결과는 루이스 염기 BMIM+BF4 -의 결합 성질이 루이스 산 BF3와의 가역적 반응에 적합할 수 있다(즉, 높은 작업 용량 및 높은 가역율(%))는 것을 시사한다.
글로브 박스에서, 플루카로부터 구입한 BMIM+BF4 - (밀도 = 1.2 g/㎖) 8.82 g을 25 ㎖ 스테인레스 스틸 반응기에 투입하고, BF3 반응을 측정하는 일반적인 절차를 실시하였다. 이온 액체는 실온 및 724 Torr에서 BF3 38.4 mmol과 반응하였으며, 이것은 이온 액체 1 ℓ당 5.2 mol BF3에 상응하는 양이다.
결과는 다음과 같다: 가역율(%) = 70%, 작업 용량 = 3.6 mol/ℓ(실온, 20∼724 Torr). 실험 ΔGrxn는 22℃에서 -3.4 kcal/mol이다. 분자 모델링에 의해 예측되는 바와 같이, BMIM+BF4 -와 BF3의 반응은 BMIM+Cu 2Cl3 -와 PH3의 반응과 유사한 양상을 나타낸다.
실시예 11
BF3에 대한 루이스 염기성 액체인 테트라글림
분자 모델링을 사용하여 반응성 액체로서 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르(테트라글림)의 유효성을 대략적으로 조사하였다. 액체를 모델링하기 위해 디메틸에테르 및 디에틸에테르를 사용하여 계산을 하였으며, 1 당량의 BF3가 양 사례에서 에테르 산소와 반응하는 것으로 가정하였다. 이중 수치(DN**) 기본 집합을 이용하여 BP 레벨에서 밀도 범함수론(DFT)을 사용하여 최소의 에너지 기하 최적값을 기준으로 구조를 결정하였다. 디메틸에테르는 BF3와의 반응에 대해서 -9.1 kcal/mol의 ΔErxn를 갖는 것으로 계산되었으며, 디에틸에테르는 BF3와의 반응에 대해서 -6.8 kcal/mol의 ΔErxn를 갖는 것으로 계산되었다.
모델링 결과, BF3에 대한 테트라글림의 결합 친화도는 지나치게 강하여 상온에서 유효성이 없을 수 있는 것으로 나타났다. 모델링 결과를 확인하기 위해서, 다음 반응을 실시하였다.
글로브 박스에서, 아크로스로부터 구입한 테트라에틸렌글리콜 디메틸 에테르(테트라글림)(밀도 = 1.0 g/㎖) 8.42 g을 25 ㎖ 스테인레스 스틸 반응기에 투입하고, BF3 반응을 측정하기 위한 일반적인 절차를 실시하였다. 반응은 고도로 발열성이고 반응은 신속하게 일어났다. 액체는 실온 및 765 Torr에서 103.4 mmol의 BF3와 반응하였으며, 이것은 액체 1 ℓ당 BF3 12.3 mol에 상응하는 양이다.
분자 모델링에 의해 예측되는 바와 같이, 테트라글림은 실온에서 BF3와 강하게 반응한다. 화학적으로 착체 형성된 BF3 중에 실온에서 진공 하에 제거가능한 것은 거의 없었다. 고온은 착체 형성된 BF3를 방출시키는 데 유용할 수 있지만, 전달된 기체가 테트라글림으로 오염되어 있다면, 기체를 스크러빙 처리해야 할 수도 있다. 상온을 요하는 용도에서는, 반응성 액체는 BF3보다 약한 루이스 산에 대해 더욱 적합할 수 있다.
요약하면, 이들 결과는 루이스 산도 또는 루이스 염기도를 갖는 반응성 액체가 반대되는 루이스 염기도 또는 산도를 갖는 기체를 저장하고 0∼150℃의 온도 및 20∼760 Torr의 작동 압력에서 실질적으로 순수한 형태로 기체를 전달하는 데 사용될 수 있다는 것을 보여준다.
본 발명은 일부 바람직한 구체예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 완전한 범위는 하기 특허청구범위로부터 확인되어야 한다.
루이스 염기도 또는 산도를 갖는 기체를 저장하고 0∼150℃의 온도 및 20∼760 Torr의 조작 압력에서 실질적으로 순수한 형태로 기체를 전달하는 데 반대되는 루이스 산도 또는 루이스 염기도를 갖는 반응성 액체가 사용될 수 있다. 이러한 저장 및 전달 시스템을 이용하여 반도체 산업의 각종 용도에 적합한 믿을 만한 처리 기체 공급원을 제공할 수 있다.

Claims (21)

  1. i) 기체를 저장할 수 있는 매체를 함유하는 용기, 및 ii) 상기 용기로부터 상기 매체 내에 저장된 기체를 전달하기 위한 조절 수단을 포함하는 기체 저장 및 전달 시스템에 있어서,
    루이스 산도를 갖는 반응성 액체로 이루어진 매체 내에 가역적으로 반응된 상태로 루이스 염기도를 갖는 기체를 저장하는 것; 및
    루이스 염기도를 갖는 반응성 액체로 이루어진 매체 내에 가역적으로 반응된 상태로 루이스 산도를 갖는 기체를 저장하는 것
    으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 기체 저장 및 전달 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기체와의 결합을 위한 루이스 염기도 또는 루이스 산도를 갖는 반응성 액체는 20∼760 Torr의 압력 범위 내에서 액체 1 ℓ당 기체 0.5 몰 이상의 작업 용량을 제공하고, 0∼150℃ 범위의 작동 온도에서 착체 형성된 기체 중 15% 이상을 반응성 액체로부터 방출시키기에 충분한 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 저장된 기체 중 50% 이상이 20∼50℃의 온도 및 20∼760 Torr의 작업 압력 범위 내에서 분리가능한 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 기체는 루이스 염기성이고 반응성 액체는 루이스 산도를 갖는 이온 액체인 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 루이스 염기성 기체는 포스핀, 아르신, 스티벤, 암모니아, 황화수소, 셀렌화수소, 텔루르화수소 및 동위원소가 농축된 유사체로 구성된 군에서 선택되는 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 루이스 산도를 갖는 이온 액체는 알킬포스포늄, 알킬암모늄, N-알킬피리디듐 또는 N,N'-디알킬이미다졸륨 양이온의 염을 포함하는 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 루이스 산도를 갖는 이온 액체의 음이온 성분이 구리, 알루미늄, 철, 아연, 주석, 안티몬, 티탄, 니오븀, 탄탈, 갈륨 및 인듐 할로겐화물로 구성된 군에서 선택된 금속 할로겐화물로부터 유도된 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 음이온 성분은 금속 염화물 염이고, 음이온 성분을 공급하기 위한 금속은 CuCl2 -, Cu2Cl3 -, AlCl4 -, Al2Cl7 -, ZnCl3 -, ZnCl4 2-, Zn2Cl5 -, FeCl3 -, FeCl4 -, Fe2Cl7 -, TiCl5 -, TiCl6 2-, SnCl5 - 및 SnCl6 2-로 구성된 군에서 선택되는 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 루이스 산도를 갖는 상기 반응성 액체의 증기압은 25℃에서 10-4 Torr 미만인 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 루이스 염기도를 갖는 기체는 포스핀 및 아르신으로 구성된 군에서 선택되는 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  11. 제5항에 있어서, 이온 액체는 알킬포스포늄, 알킬암모늄, N-알킬피리디듐 및 N,N'-디알킬이미다졸륨 양이온의 쿠프레이트 또는 알루미네이트 염인 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  12. i) 기체를 저장할 수 있는 매체를 함유하는 용기, 및 ii) 상기 용기로부터 상기 매체 내에 저장된 기체를 전달하기 위한 조절 수단을 포함하는 기체 저장 및 전달 시스템에 있어서,
    상기 기체는 루이스 염기도를 갖고, 루이스 산도를 갖는 반응성 액체로 이루어진 매체 내에 가역적으로 반응된 상태로 있으며; 상기 기체는 아르신 및 포스핀으로 구성된 군에서 선택되고 상기 액체는 디알킬-이미다졸륨 양이온과 클로로쿠프레이트 또는 클로로알루미네이트 음이온을 갖는 이온 액체인 것을 특징으로 하는 기체 저장 및 전달 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 디알킬이미다졸륨 양이온이 1-부틸-3-메틸이미다졸륨이고 음이온이 Al2Cl7 -, CuCl2 - 및 Cu2Cl 3 -로 구성된 군에서 선택되는 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  14. i) 기체를 저장할 수 있는 매체를 함유하는 용기, 및 ii) 상기 용기로부터 상기 매체 내에 저장된 기체를 전달하기 위한 수단을 포함하는 기체 저장 및 전달 시스템에 있어서,
    상기 기체는 루이스 산도를 갖고 디보란, 삼불화붕소, 삼염화붕소, SiF4, 게르만, 시안화수소, HF, HCl, HI, HBr, GeF4, 동위원소 농축된 유사체, 산성 유기 화합물, 산성 유기금속 화합물 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택되며, BF4 -, p-CH3-C6H4SO3 -, CF3SO3 -, (CF3SO2)2N-, (NC)2N-, (CF3SO2)3C-, CH3COO- 및 CF3COO-로 구성된 군에서 선택된 음이온 및 알킬포스포늄, 알킬암모늄, N-알킬피리디듐 또는 N,N'-디알킬이미다졸륨으로 구성된 군에서 선택된 양이온을 사용하여 루이스 염기도를 갖는 반응성 이온 액체로 이루어진 매체 중에 가역적으로 반응된 상태로 저장되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 저장 및 전달 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 루이스 산도를 갖는 상기 반응성 액체의 증기압이 25℃에서 10-4 Torr 미만인 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 루이스 산도를 갖는 기체와의 결합을 위한 반응성 액체는 20∼760 Torr의 압력 범위 내에서 액체 1 ℓ당 기체 0.5 몰 이상의 작업 용량을 제공하고, 0∼150℃ 범위의 작동 온도에서 50% 이상을 반응성 액체로부터 방출시키기에 충분한 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 루이스 염기성 기체는 삼불화붕소인 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 이온 액체는 디알킬이미다졸륨의 양이온 성분을 갖고 음이온 성분은 BF4 -인 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  19. i) 기체를 저장할 수 있는 매체를 함유하는 용기, 및 ii) 상기 용기로부터 상기 매체 내에 저장된 기체를 전달하기 위한 수단을 포함하는 기체 저장 및 전달 시스템에 있어서,
    루이스 산도를 갖는 반응성 액체 내에 가역적으로 반응된 상태로 루이스 염기도를 갖는 기체를 저장하는 것[루이스 산도를 갖는 반응성 액체 내에서의 루이스 염기도를 갖는 기체의 반응의 깁스 자유 에너지가 0∼150℃의 온도 범위에서 반응성 기 1 몰당 약 -1∼-6 kcal임]; 및
    루이스 염기도를 갖는 반응성 액체 내에 가역적으로 반응된 상태로 루이스 산도를 갖는 기체를 저장하는 것[루이스 염기도를 갖는 반응성 액체 내에서의 루이스 산도를 갖는 기체의 반응의 깁스 자유 에너지가 0∼150℃의 온도 범위에서 반응성 기 1 몰당 약 -1∼-6 kcal임]
    으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 기체 저장 및 전달 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 기체와 반응성 액체 간의 반응의 깁스 자유 에너지가 25℃에서 -2.5∼-3.5 kcal/mol인 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 반응성 액체는 이온 액체이고, 반응성 액체의 음이온 성분은 쿠프레이트, 알루미네이트 또는 보레이트이며, 양이온 성분은 디알킬이미다졸륨염으로부터 유도되는 것인 기체 저장 및 전달 시스템.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100981225B1 (ko) * 2007-05-03 2010-09-10 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 가스 복합체형성 기술을 위한 윅 시스템
KR20200102893A (ko) * 2017-08-22 2020-09-01 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 안티몬 함유 물질의 이온 주입기로의 저장 및 전달

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6879876B2 (en) 2001-06-13 2005-04-12 Advanced Technology Materials, Inc. Liquid handling system with electronic information storage
US7370661B2 (en) * 2002-12-09 2008-05-13 Advanced Technology Materials, Inc. Permeable gas assembly for gas delivery
US7653871B2 (en) * 2003-03-27 2010-01-26 General Electric Company Mathematical decomposition of table-structured electronic documents
US8636919B1 (en) 2004-03-26 2014-01-28 Kenneth D. Hughes Reactive solutions
US7383946B2 (en) * 2004-03-26 2008-06-10 Hughes Kenneth D Materials for storing and releasing reactive gases
US7303607B2 (en) 2004-06-14 2007-12-04 Air Products And Chemicals, Inc. Liquid media containing Lewis acidic reactive compounds for storage and delivery of Lewis basic gases
US7396381B2 (en) * 2004-07-08 2008-07-08 Air Products And Chemicals, Inc. Storage and delivery systems for gases held in liquid medium
DE102004044592A1 (de) * 2004-09-13 2006-03-30 Basf Ag Verfahren zur Trennung von Chlorwasserstoff und Phosgen
US7563308B2 (en) * 2004-09-23 2009-07-21 Air Products And Chemicals, Inc. Ionic liquid based mixtures for gas storage and delivery
US7404845B2 (en) * 2004-09-23 2008-07-29 Air Products And Chemicals, Inc. Ionic liquid based mixtures for gas storage and delivery
US7282084B2 (en) 2004-10-15 2007-10-16 Air Products And Chemicals, Inc. Liquid media containing Lewis basic reactive compounds for storage and delivery of Lewis acidic gases
US7314506B2 (en) * 2004-10-25 2008-01-01 Matheson Tri-Gas, Inc. Fluid purification system with low temperature purifier
JP2006198512A (ja) * 2005-01-20 2006-08-03 Nisshinbo Ind Inc 有害物質含有ガスの処理方法
KR20080009708A (ko) * 2005-04-07 2008-01-29 매티슨 트라이-개스 유체 저장 및 정제 방법 및 시스템
US7638058B2 (en) 2005-04-07 2009-12-29 Matheson Tri-Gas Fluid storage and purification method and system
US20100224264A1 (en) 2005-06-22 2010-09-09 Advanced Technology Materials, Inc. Apparatus and process for integrated gas blending
US20070221879A1 (en) * 2006-03-21 2007-09-27 Honeywell Intenational Inc. Safe storage, transportation and delivery of chlorine
WO2007134183A2 (en) * 2006-05-13 2007-11-22 Advanced Technology Materials, Inc. Chemical reagent delivery system utilizing ionic liquid storage medium
US7736420B2 (en) * 2006-05-19 2010-06-15 Air Products And Chemicals, Inc. Contact methods for formation of Lewis gas/liquid systems and recovery of Lewis gas therefrom
KR20090018986A (ko) * 2006-06-02 2009-02-24 어드밴스드 테크놀러지 머티리얼즈, 인코포레이티드 구리 박막 형성을 위한 구리(ｉ) 아미디네이트 및 구아니디네이트
WO2008011297A2 (en) 2006-07-10 2008-01-24 Advanced Technology Materials, Inc. Systems and methods for managing material storage vessels having information storage elements
WO2008069821A1 (en) * 2006-12-05 2008-06-12 Advanced Technology Materials, Inc. Metal aminotroponiminates, bis-oxazolinates and guanidinates
US20080264803A1 (en) * 2007-04-20 2008-10-30 Rajat Agrawal Methods and Apparatus for the Storage of Acetylene in the Absence of Acetone or Dimethylformamide
WO2009079218A2 (en) 2007-12-06 2009-06-25 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Integrated valve regulator assembly and system for the controlled storage and dispensing of a hazardous material
US20100228399A1 (en) * 2007-12-06 2010-09-09 Udischas Richard J Pressure regulator assembly and system for the controlled storage and dispensing of a fluid
KR101640960B1 (ko) * 2008-11-17 2016-07-19 에어 리퀴드 어드밴스드 머티리얼즈 엘엘씨 저메인 정제
US8182589B2 (en) * 2008-12-05 2012-05-22 Matheson Tri-Gas, Inc. Acetylene process gas purification methods and systems
AU2010226215B2 (en) * 2009-03-20 2015-01-29 Bomi P. Framroze Improving the recovery of precious metals from recalcitrant refractory ore
US8568529B2 (en) * 2009-04-10 2013-10-29 Applied Materials, Inc. HVPE chamber hardware
JP6104461B2 (ja) * 2013-05-02 2017-03-29 プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド 濃縮セレンイオン注入のための供給源および方法
US10386121B2 (en) * 2013-10-21 2019-08-20 Advanced Cooling Technologies, Inc. Open-loop thermal management process and system
US11098402B2 (en) * 2017-08-22 2021-08-24 Praxair Technology, Inc. Storage and delivery of antimony-containing materials to an ion implanter

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5993766A (en) 1996-05-20 1999-11-30 Advanced Technology Materials, Inc. Gas source and dispensing system

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4744221A (en) 1987-06-29 1988-05-17 Olin Corporation Zeolite based arsine storage and delivery system
US5473904A (en) 1993-11-12 1995-12-12 New Mexico Tech Research Foundation Method and apparatus for generating, transporting and dissociating gas hydrates
US5518528A (en) 1994-10-13 1996-05-21 Advanced Technology Materials, Inc. Storage and delivery system for gaseous hydride, halide, and organometallic group V compounds
GB9504736D0 (en) 1995-03-09 1995-04-26 Boc Group Plc Method of storing acetylene
US6146608A (en) 1997-11-24 2000-11-14 Advanced Technology Materials, Inc. Stable hydride source compositions for manufacture of semiconductor devices and structures
US6660063B2 (en) * 1998-03-27 2003-12-09 Advanced Technology Materials, Inc Sorbent-based gas storage and delivery system
US6277342B1 (en) 1999-08-23 2001-08-21 Air Products And Chemicals, Inc. Storage and safe delivery of hazardous specialty gases by acid/base reactions with ionic polymers
AUPR000100A0 (en) * 2000-09-08 2000-10-05 Australian Magnesium Operations Pty Ltd Ammonia storage
US7303607B2 (en) * 2004-06-14 2007-12-04 Air Products And Chemicals, Inc. Liquid media containing Lewis acidic reactive compounds for storage and delivery of Lewis basic gases
US7396381B2 (en) * 2004-07-08 2008-07-08 Air Products And Chemicals, Inc. Storage and delivery systems for gases held in liquid medium

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5993766A (en) 1996-05-20 1999-11-30 Advanced Technology Materials, Inc. Gas source and dispensing system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100981225B1 (ko) * 2007-05-03 2010-09-10 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 가스 복합체형성 기술을 위한 윅 시스템
KR20200102893A (ko) * 2017-08-22 2020-09-01 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 안티몬 함유 물질의 이온 주입기로의 저장 및 전달
KR102443890B1 (ko) * 2017-08-22 2022-09-16 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 안티몬 함유 물질의 이온 주입기로의 저장 및 전달

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