KR102518202B1 - 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마, 촉매 등의 1차 전처리 과정을 거쳐, 저농도(5ppm 이하)를 가지는 반도체 폐가스의 처리에 특성화된 흡착제를 이용하여, 화재 위험성을 낮출 수 있고, 경제성을 향상시킬 수 있으며, 유기 가스, 산 가스 및 알칼리 가스를 한꺼번에 효율적으로 제거할 수 있는 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치에 대한 것이다.

Description

저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치{Apparatus for processing low concentration semiconductor waste gas}
본 발명은 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마, 촉매 등의 1차 전처리 과정을 거쳐, 저농도(5ppm 이하)를 가지는 반도체 폐가스의 처리에 특성화된 흡착제를 이용하여, 화재 위험성을 낮출 수 있고, 경제성을 향상시킬 수 있으며, 유기 가스, 산 가스 및 알칼리 가스를 한꺼번에 효율적으로 제거할 수 있는 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치에 대한 것이다.
반도체 제조공정에서는 다양한 반도체 가스가 사용되는데, 상기 반도체 가스는 유독성분을 포함하고 있어 사용후 반도체 가스(이하, '반도체 폐가스'라 함)를 대기로 배출할 경우 환경을 오염시키게 된다. 따라서, 반도체를 제조하는 설비의 배기 라인에는 하기 특허문헌에 기재된 바와 같은 반도체 폐가스를 정화하여 대기로 배출하기 위한 장치가 설치되며, 예컨대 상기 반도체 폐가스는 플라즈마, 촉매 등에 의해 1차 처리되어 5ppm 이하의 저농도로 처리되고, 저농도의 반도체 폐가스는 활성탄 등이 사용된 정제장치에 의해 최종적으로 제거될 수 있다.
<특허문헌>
특허공보 제10-1395275호(2014. 05. 08. 등록) "폐가스의 정제방법 및 정제장치"
하지만, 저농도의 반도체 폐가스는 고온을 가지는데, 종래의 흡착제로 이용되는 활성탄은 발화점이 낮기 때문에, 순간적인 발화에 의한 화재의 위험성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 플라즈마, 촉매 등의 1차 전처리 과정을 거쳐, 저농도(5ppm 이하)를 가지는 반도체 폐가스의 처리에 특성화된 흡착제를 이용하는 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 화재 위험성을 낮출 수 있고, 경제성을 향상시킬 수 있으며, 유기 가스, 산 가스, 알칼리 가스를 한꺼번에 제거할 수 있는 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발병은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 저농도의 반도체 페가스 처리용 장치의 제조방법은 유기 악취 가스를 제거하기 위한 제1흡착제를 제조하는 제1흡착제제조단계와, 알칼리 가스를 제거하기 위한 제2흡착제를 제조하는 제2흡착제제조단계와, 산 가스를 제거하기 위한 제3흡착제를 제조하는 제3흡착제제조단계와, 유입부와 유출부가 형성된 반응기 내부에 제1흡착제, 제2흡착제 및 제3흡착제를 차례로 적층하는 흡착제적재단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 저농도의 반도체 페가스 처리용 장치의 제조방법에 있어서 상기 유입부를 통해 유입된 저농도의 반도체 폐가스는 제1흡착제, 제2흡착제 및 제3흡착제를 차례로 통과하여 유출부를 통해 외부로 배출되게 되며, 상기 저농도의 반도체 폐가스는 1 내지 5ppm의 농도를 가지며, 메틸 메르캅탄, 암모니아 및 황화수소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 저농도의 반도체 페가스 처리용 장치의 제조방법에 있어서 상기 제1흡착제제조단계는 석탄계 활성탄 80 내지 120중량부 및 제올라이트 240 내지 360중량부를 혼합하여 혼합분말을 형성하는 혼합분말형성단계와, 수산화나트륨 320 내지 480중량부를 증류수 800 내지 1200중량부에 녹여 수산화나트륨 용액을 준비하는 수산화나트륨용액준비단계와, 상기 혼합분말을 상기 수산화나트륨 용액에 혼합교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 세척하는 혼합단계와, 상기 혼합단계에서 얻은 세척한 케이크를 건조하고 소성하고 분쇄하여 파우더 형태의 분쇄물을 형성하는 분쇄물 형성단계와, 상기 분쇄물에 실리카 160 내지 240중량부 및 알루미나 240 내지 360중량부를 혼합하여, 혼합 파우더를 준비하는 혼합파우더준비단계와, 상기 혼합 파우더에 탄산칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 성형하고 건조하여 제1흡착제를 형성하는 성형건조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 저농도의 반도체 페가스 처리용 장치의 제조방법에 있어서 상기 제1흡착제는 2 내지 2.5nm의 기공 크기를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 저농도의 반도체 페가스 처리용 장치의 제조방법에 있어서 상게 2흡착제제조단계는 석탄계 활성탄 240 내지 360중량부 및 제올라이트 80 내지 120중량부를 혼합하여 혼합분말을 형성하는 혼합분말형성단계와, 염화나트륨 320 내지 480중량부를 증류수 800 내지 1200중량부에 녹여 염화나트륨 용액을 준비하는 염화나트륨용액준비단계와, 상기 혼합분말을 상기 염화나트륨 용액에 혼합교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 세척하는 세척단계와, 상기 혼합단계에서 얻은 세척한 케이크를 건조하고 소성하고, 분쇄를 통해 파우더 형태의 분쇄물을 형성하는 분쇄물형성단계와, 상기 분쇄물에 실리카 120 내지 180중량부 및 알루미나 280 내지 420중량부를 혼합하여, 혼합 파우더를 준비하는 혼합파우더준비단계와, 상기 혼합 파우더에 염화칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 성형하고 건조하여 제2흡착제를 형성하는 성형건조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 저농도의 반도체 페가스 처리용 장치의 제조방법에 있어서 상기 제2흡착제는 5 내지 8nm의 기공 크기를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 저농도의 반도체 페가스 처리용 장치의 제조방법에 있어서 상기 제3흡착제제조단계는 석탄계 활성탄 240 내지 360중량부 및 제올라이트 80 내지 120중량부를 혼합하여 혼합분말을 형성하는 혼합분말형성단계와, 수산화나트륨 320 내지 480중량부를 증류수 800 내지 1200중량부에 녹여 수산화나트륨 용액을 준비하는 수산화나트륨용액준비단계와, 상기 혼합분말을 상기 수산화나트륨 용액에 혼합교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 세척하는 세척단계와, 상기 혼합단계에서 얻은 세척한 케이크를 건조하고 소성하고, 분쇄를 통해 파우더 형태의 분쇄물을 형성하는 분쇄물형성단계와, 상기 분쇄물에 실리카 120 내지 180중량부 및 알루미나 280 내지 420중량부를 혼합하여, 혼합 파우더를 준비하는 혼합파우더준비단계와, 상기 혼합 파우더에 탄산칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 성형하고 건조하여 제3흡착제를 형성하는 성형건조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 저농도의 반도체 페가스 처리용 장치의 제조방법에 있어서 상기 제3흡착제는 2.8 내지 3.4의 기공 크기를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 저농도의 반도체 페가스 처리용 장치의 제조방법에 있어서 상기 제3흡착제는 황화수소를 흡착할뿐만 아니라 암모니아를 흡착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 플라즈마, 촉매 등의 1차 전처리 과정을 거쳐, 저농도(5ppm 이하)를 가지는 반도체 폐가스의 처리에 특성화된 흡착제를 이용하는 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 화재 위험성을 낮출 수 있고, 경제성을 향상시킬 수 있으며, 유기 가스, 산 가스, 알칼리 가스를 한꺼번에 제거할 수 있는 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치의 단면도.
이하에서는 본 발명에 따른 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치 및 이의 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치를 도 1을 참조하여 설명하면, 상기 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치는 외형을 형성하는 하우징(1)과, 상기 하우징(1)의 내부 하측에 위치하는 제1흡착제(2)와, 상기 제1흡착제(2)의 상측에 위치하는 제2흡착제(3)와, 상기 제2흡착제(3)의 상측에 위치하는 제3흡착제(4)를 포함한다. 상기 저농도의 반도체 폐가스는 반도체를 제조하는 설비의 배기 라인에서 배출되어 플라즈마, 촉매 등에 의해 1차 처리되어 1 내지 5ppm의 농도를 가지며, 메틸 메르캅탄(유기 악취 가스), 황화수소(산 가스), 암모니아(알칼리 가스) 등을 포함한다.
상기 하우징(1)은 상기 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치의 외형을 형성하며 흡착제를 수용하는 구성으로, 상기 하우징(1)의 하측에 형성되어 저농도의 반도체 폐가스가 유입되는 유입부(11)와, 상기 하우징(1)의 상측에 형성되어 흡착제(2, 3, 4)에서 유해 물질이 제거된 폐가스가 배출되는 유출부(12)와, 상기 유입부(11)와 유출부(12) 사이의 내부 공간으로 흡착제가 수용되는 수용부(13) 등을 포함한다. 다수의 중공이 형성된 제1격벽(14)과 제2격벽(15)이 일정 간격을 두고 하우징(1) 내부에 위치함으로써, 상기 수용부(13)는 제1수용부(131), 제2수용부(132), 제3수용부(133)로 구획되며, 상기 제1수용부(131)에는 제1흡착제(2)가 위치하고, 상기 제2수용부(132)에는 제2흡착제(3)가 위치하고, 상기 제3수용부(133)에는 제3흡착제(4)가 위치하게 된다.
상기 제1흡착제(2)는 상기 하우징(1)의 내부 하측에 위치하여 유기 악취 가스(예컨대, 메틸 메르캅탄 등)를 흡착하는 구성으로, 상기 제1수용부(131)에 위치하게 된다.
상기 제2흡착제(3)는 상기 하우징(1) 내부의 제1흡착제(2) 상측에 위치하여 알칼리 가스(예컨대, 암모니아 등)를 흡착하는 구성으로, 상기 제2수용부(132)에 위치하게 된다.
상기 제3흡착제(4)는 상기 하우징(1) 내부의 제2흡착제(3) 상측에 위치하여 산 가스(예컨대, 황화수소 등)를 흡착하는 구성으로, 상기 제3수용부(133)에 위치하게 된다. 상기 제1 내지 제3흡착제(2, 3, 4)는 저농도 반도체 폐가스 처리에 사용되는 종래의 활성탄과 달리 열적 안정성을 가지는 흡착제가 사용되는 것이 바람직하며, 상기 제1흡착제(1)는 제2흡착제 및 제3흡착제보다 열에 강한 특성을 갖는 것이 바람직하고, 상기 메틸 메르캅탄은 안정한 물질로 입자 크기가 작으므로 상기 제1흡착제는 2 내지 2.5nm의 기공 크기를 가지는 것이 바람직하다. 상기 제2흡착제 및 제3흡착제는 산, 알칼리 가스의 제거 효율을 향상시키기 위해 3 내지 7nm의 기공 크기를 가지는 것이 바람직하다. 상기와 같은 구성을 포함하는 장치를 이용하여 저농도의 반도체 폐가스를 처리하는 과정을 살펴보면, 상기 저농도의 반도체 폐가스는 유입부(11)를 통해 하우징(1) 내부에 유입되어 제1흡착제(2), 제2흡착제(3) 및 제3흡착제(4)를 차례로 통과하여, 메틸 메르캅탄, 암모니아, 황화수소 등의 유해물질이 제거된 후, 유출부(13)를 통해 배출되게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 저농도의 반도체 폐가스 처리용 장치의 제조방법을 설명하면, 상기 방법은 유기 악취 가스(예컨대, 메틸 메르캅탄 등)를 제거하기 위한 제1흡착제(2)를 제조하는 제1흡착제제조단계와, 알칼리 가스(예컨대, 암모니아 등)를 제거하기 위한 제2흡착제(3)를 제조하는 제2흡착제제조단계와, 산 가스(예컨대, 황화수소 등)를 제거하기 위한 제3흡착제(4)를 제조하는 제3흡착제제조단계와, 유입부(11)와 유출부(12)가 형성된 반응기(1) 내부에 제1흡착제(2), 제2흡착제(3) 및 제3흡착제(4)를 차례로 적층하는 흡착제적재단계 등을 포함한다. 상기 유입부(11)를 통해 유입된 저농도의 반도체 폐가스는 제1흡착제(2), 제2흡착제(3) 및 제3흡착제(4)를 차례로 통과하여 유출부(12)를 통해 외부로 배출되게 된다.
상기 제1흡착제제조단계는 유기 악취 가스(예컨대, 메틸 메르캅탄 등)를 제거하기 위한 제1흡착제(2)를 제조하는 단계로, 예컨대 석탄계 활성탄 80 내지 120중량부 및 제올라이트 240 내지 360중량부를 혼합하여 혼합분말을 형성하는 혼합분말형성단계와, 수산화나트륨 320 내지 480중량부를 증류수 800 내지 1200중량부에 녹여 수산화나트륨 용액을 준비하는 수산화나트륨용액준비단계와, 상기 혼합분말을 상기 수산화나트륨 용액에 혼합교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 세척하는 혼합단계와, 상기 혼합단계에서 얻은 세척한 케이크를 건조하고 소성하고 분쇄하여 파우더 형태의 분쇄물을 형성하는 분쇄물 형성단계와, 상기 분쇄물에 실리카 160 내지 240중량부 및 알루미나 240 내지 360중량부를 혼합하여, 혼합 파우더를 준비하는 혼합파우더준비단계와, 상기 혼합 파우더에 탄산칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 성형하고 건조하여 제1흡착제(2)를 형성하는 성형건조단계 등을 포함한다. 상기 제1흡착제는 2 내지 2.5nm의 기공 크기를 가지는 것이 바람직하다.
상기 제2흡착제제조단계는 알칼리 가스(예컨대, 암모니아 등)를 제거하기 위한 제2흡착제(3)를 제조하는 단계로, 예컨대 석탄계 활성탄 240 내지 360중량부 및 제올라이트 80 내지 120중량부를 혼합하여 혼합분말을 형성하는 혼합분말형성단계와, 염화나트륨 320 내지 480중량부를 증류수 800 내지 1200중량부에 녹여 염화나트륨 용액을 준비하는 염화나트륨용액준비단계와, 상기 혼합분말을 상기 염화나트륨 용액에 혼합교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 세척하는 세척단계와, 상기 혼합단계에서 얻은 세척한 케이크를 건조하고 소성하고, 분쇄를 통해 파우더 형태의 분쇄물을 형성하는 분쇄물형성단계와, 상기 분쇄물에 실리카 120 내지 180중량부 및 알루미나 280 내지 420중량부를 혼합하여, 혼합 파우더를 준비하는 혼합파우더준비단계와, 상기 혼합 파우더에 염화칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 성형하고 건조하여 제2흡착제(3)를 형성하는 성형건조단계를 포함한다. 상기 제2흡착제(3)는 5 내지 8nm의 기공 크기를 가지는 것이 바람직하다.
상기 제3흡착제제조단계는 산 가스(예컨대, 황화수소 등)를 제거하기 위한 제3흡착제(4)를 제조하는 단계로, 석탄계 활성탄 240 내지 360중량부 및 제올라이트 80 내지 120중량부를 혼합하여 혼합분말을 형성하는 혼합분말형성단계와, 수산화나트륨 320 내지 480중량부를 증류수 800 내지 1200중량부에 녹여 수산화나트륨 용액을 준비하는 수산화나트륨용액준비단계와, 상기 혼합분말을 상기 수산화나트륨 용액에 혼합교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 세척하는 세척단계와, 상기 혼합단계에서 얻은 세척한 케이크를 건조하고 소성하고, 분쇄를 통해 파우더 형태의 분쇄물을 형성하는 분쇄물형성단계와, 상기 분쇄물에 실리카 120 내지 180중량부 및 알루미나 280 내지 420중량부를 혼합하여, 혼합 파우더를 준비하는 혼합파우더준비단계와, 상기 혼합 파우더에 탄산칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 성형하고 건조하여 제3흡착제(4)를 형성하는 성형건조단계를 포함한다. 상기 제3흡착제(4)는 2.8 내지 3.4의 기공 크기를 가지는 것이 바람직하다. 상기 제3흡착제제조단계에서 제조된 제3흡착제는 황화수소를 흡착할뿐만 아니라 암모니아를 흡착할 수 있게 된다.
상기 흡착제적재단계는 유입부(11)와 유출부(12)가 형성된 반응기(1) 내부에 제1흡착제(2), 제2흡착제(3) 및 제3흡착제(4)를 차례로 적층하는 단계로, 상기 제1흡착제(2), 제2흡착제(3) 및 제3흡착제(4)는 저농도의 반도체 폐가스를 처리하는 활성탄에 비해 열적 안정성이 뛰어나나, 상기 제1흡착제(2)는 제2흡착제(3) 및 제3흡착제(4)에 비해 열적 안정성이 더 뛰어나므로, 반응기 내부로 유입되는 저농도의 반도체 폐가스와 가장 먼저 반응할 수 있도록 반응기 하단에 위치하게 된다. 또한, 제3흡착제(4)는 황화수소를 흡착할 뿐만 아니라 물리적 흡착에 의해 암모니아 흡착하므로, 최 상단에 위치하게 된다. 상기 장치에 사용되는 흡착제는 활성탄의 사용 비율 등을 조절하여 열적 안정성을 향상시키고, 기공 크기 조절을 통해 선택적으로 유해물질을 제거하여 저농도의 반도체 폐가스를 처리하므로, 비교적 갑싼 재료를 간단한 방법으로 흡착제를 제조할 수 있어 경제성을 향상시킬 수 있다.
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하지만, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 흡착제의 제조
1. 석탄계 활성탄 100g 및 제올라이트 300g을 혼합하여 혼합분말을 준비하고, 수산화나트륨 400g을 증류수 1000ml에 녹여 수산화나트륨 용액을 준비하고, 상기 혼합분말을 상기 수산화나트륨 용액에 혼합하고 1시간 동안 교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 3회 세척하였다. 이후, 150℃에서 3시간 동안 건조하고 350℃에서 1시간 동안 소성하고, 분쇄를 통해 파우더 형태의 분쇄물을 형성하고, 상기 분쇄물에 실리카 200g 및 알루미나 300g을 혼합하여, 혼합 파우더를 준비하였다. 이후, 상기 혼합 파우더에 2.5mol의 탄산칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 회전성형기를 이용하여 구형 형태로 성형한 후 건조하여 흡착제 1을 형성하였다.
2. 석탄계 활성탄 300g 및 제올라이트 100g을 혼합하여 혼합분말을 준비하고, 수산화나트륨 400g을 증류수 1000ml에 녹여 수산화나트륨 용액을 준비하고, 상기 혼합분말을 상기 수산화나트륨 용액에 혼합하고 1시간 동안 교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 3회 세척하였다. 이후, 150℃에서 3시간 동안 건조하고 350℃에서 1시간 동안 소성하고, 분쇄를 통해 파우더 형태의 분쇄물을 형성하고, 상기 분쇄물에 실리카 150g 및 알루미나 350g을 혼합하여, 혼합 파우더를 준비하였다. 이후, 상기 혼합 파우더에 2.5mol의 탄산칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 회전성형기를 이용하여 구형 형태로 성형한 후 건조하여 흡착제 2를 형성하였다.
3. 석탄계 활성탄 300g 및 제올라이트 100g을 혼합하여 혼합분말을 준비하고, 염화나트륨 400g을 증류수 1000ml에 녹여 염화나트륨 용액을 준비하고, 상기 혼합분말을 상기 염화나트륨 용액에 혼합하고 1시간 동안 교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 3회 세척하였다. 이후, 150℃에서 3시간 동안 건조하고 350℃에서 1시간 동안 소성하고, 분쇄를 통해 파우더 형태의 분쇄물을 형성하고, 상기 분쇄물에 실리카 150g 및 알루미나 350g을 혼합하여, 혼합 파우더를 준비하였다. 이후, 상기 혼합 파우더에 2.5mol의 염화칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 회전성형기를 이용하여 구형 형태로 성형한 후 건조하여 흡착제 3을 형성하였다.
4. 석탄계 활성탄 100g, 제올라이트 300g, 실리카 200g 및 알루미나 300g을 혼합하여 혼합분말을 준비하고, 수산화나트륨 400g을 증류수 1000ml에 녹여 수산화나트륨 용액을 준비하고, 상기 혼합분말을 상기 수산화나트륨 용액에 혼합하고 1시간 동안 교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 3회 세척하였다. 이후, 150℃에서 3시간 동안 건조하고 350℃에서 1시간 동안 소성하고, 분쇄를 통해 파우더 형태의 분쇄물을 형성하였다. 이후, 상기 분쇄물에 2.5mol의 염화칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 회전성형기를 이용하여 구형 형태로 성형한 후 건조하여 흡착제 4를 형성하였다.
5. 석탄계 활성탄 300g, 제올라이트 100g, 실리카 150g 및 알루미나 350g을 혼합하여 혼합분말을 준비하고, 수산화나트륨 400g을 증류수 1000ml에 녹여 수산화나트륨 용액을 준비하고, 상기 혼합분말을 상기 수산화나트륨 용액에 혼합하고 1시간 동안 교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 3회 세척하였다. 이후, 150℃에서 3시간 동안 건조하고 350℃에서 1시간 동안 소성하고, 분쇄를 통해 파우더 형태의 분쇄물을 형성하였다. 이후, 상기 혼합 파우더에 2.5mol의 탄산칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 회전성형기를 이용하여 구형 형태로 성형한 후 건조하여 흡착제 5를 형성하였다.
6. 석탄계 활성탄 300g, 제올라이트 100g, 실리카 150g 및 알루미나 350g을 혼합하여 혼합분말을 준비하고, 염화나트륨 400g을 증류수 1000ml에 녹여 염화나트륨 용액을 준비하고, 상기 혼합분말을 상기 염화나트륨 용액에 혼합하고 1시간 동안 교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 3회 세척하였다. 이후, 150℃에서 3시간 동안 건조하고 350℃에서 1시간 동안 소성하고, 분쇄를 통해 파우더 형태의 분쇄물을 형성하였다. 이후, 상기 혼합 파우더에 2.5mol의 염화칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 회전성형기를 이용하여 구형 형태로 성형한 후 건조하여 흡착제 6을 형성하였다.
7. 석탄계 활성탄 100g, 제올라이트 300g 대신에 석탄계 활성탄 200g, 제올라이트 200g을 사용한 것을 제외하고는 다른 조건을 실시예 1의 1과 동일하게 하여 흡착제 7을 형성하였다.
8. 석탄계 활성탄 300g, 제올라이트 100g 대신에 석탄계 활성탄 200g, 제올라이트 200g을 사용한 것을 제외하고는 다른 조건을 실시예 1의 3과 동일하게 하여 흡착제 8을 형성하였다.
9. 실리카 200g 및 알루미나 300g 대신에 실리카 150g 및 알루미나 350g을 사용한 것을 제외하고는 다른 조건을 실시예 1의 1과 동일하게 하여 흡착제 9를 형성하였다.
10. 실리카 150g 및 알루미나 350g 대신에 실리카 200g 및 알루미나 300g을 사용한 것을 제외하고는 다른 조건을 실시예 1의 2와 동일하게 하여 흡착제 10을 형성하였다.
11. 염화칼슘 용액 대신에 탄산칼슘 용액을 사용한 것을 제외하고는 다른 조건을 실시예 1의 3과 동일하게 하여 흡착제 11을 형성하였다.
<실시예 2> 열적 안정성 평가
1. 저농도의 반도체 폐가스 처리에 일반적으로 사용되는 활성탄 및 흡착제 1 내지 11에 대하여, 불을 직접 가할 때(직화) 발화가 있었는지 확인하여, 그 결과를 표 1에 나타내였다. 또한, 흡착제 1 내지 3에 대하여 열중량분석기(TGA)를 이용하여 실험하여 열적 안정성을 상대 비교하였다.
2. 표 1을 보면, 활성탄은 직화시 발화가 발생하나 흡착제 1 내지 11은 발화가 일어나지 않은 것을 확인할 수 있고, TGA 실험 결과 흡착제 1이 흡착제 2 및 3에 비하여 열정 안정성이 더 우수한 것을 확인할 수 있었다.

활성탄		 흡착제
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
발화여부 ○ × × × × × × × × × × ×
<실시예 3> 물성 평가
1. 활성탄, 흡착제 1 내지 3 및 7에 대하여 비중, 기공크기, 비표면적을 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
2. 표 2를 보면, 활성탄의 기공 크기는 1.85nm이며, 흡착제 1의 기공 크기는 2.48nm이고, 흡착제 2의 기공 크기는 3.1nm이고, 흡착제 3의 기공 크기는 6.66nm이고, 흡착제 7의 기공 크기는 2.80nm임을 확인할 수 있다.
비중(g/ml) 기공크기(nm) 비표면적
BET(m3/g)
활성탄 0.55 1.85 999
흡착제 1 0.7 2.48 300
흡착제 2 0.7 3.10 406
흡착제 3 0.8 6.66 215
흡착제 7 0.72 2.80 360
<실시예 4> 반도체 폐가스의 제거 효율 평가
1. 산 가스(H2S) 및 알칼리 가스(NH3)의 흡착 능력 평가
(1) 활성탄 및 흡착제 1 내지 11 각각을 유리반응실린더에 채워넣고, 불활성 가스 N2와 혼합된 H2S 가스, 불활성 가스 N2와 혼합된 NH3 가스 각각을 유리반응실린더에 1LPM으로 흘러주고, 반응 후 흘러나온 가스는 FT-IR을 통해 분석하여 흡착제(또는 활성탄) 1L당 제거된 H2S 가스(또는 NH3 가스)의 양을 계산하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.
(2) 표 3을 보면, 흡착제 2는 황화수소 흡착 능력이 뛰어나고, 흡착제 3은 암모니아 흡착 능력이 뛰어남을 알 수 있다. 또한, 흡착제 1이 흡착제 4에 비하여 흡착 능력이 뛰어나고, 흡착제 2가 흡착제 5에 비하여 흡착 능력이 뛰어나고, 흡착제 3이 흡착제 6에 비하여 흡착 능력이 뛰어남을 확인할 수 있어, 흡착제를 구성하는 분말을 한꺼번에 혼합하여 생성하는 경우 흡착 능력이 떨어짐을 알 수 있다. 또한, 흡착제 7이 흡착제 1에 비해 흡착 능력이 뛰어나고, 흡착제 3이 흡착제 8에 비해 흡착 능력이 뛰어남을 확인할 수 있어, 활성탄과 제올라이트의 양을 조절하는 경우, 황화 수소 가스 및 암모니아 가스의 흡착량을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 실시예 2가 실시예 10에 비하여 흡착 능력이 뛰어남을 알 수 있어, 실리카와 알루미나의 양을 조절하여 가스 흡착량이 변화됨을 알 수 있다.
H2S 흡착량(L/L) NH3 흡착량(L/L)
활성탄 0.07 0.21
흡착제 1 0.27 0.53
흡착제 2 1.21 2.38
흡착제 3 0.07 4.75
흡착제 4 0.25 0.48
흡착제 5 0.58 0.89
흡착제 6 0.06 2.01
흡착제 7 0.89 1.55
흡착제 8 0.04 3.54
흡착제 9 0.25 0.47
흡착제 10 1.11 2.11
흡착제 11 0.66 3.24
2. 저농도 반도체 폐가스의 구성 성분의 흡착 능력 평가
(1) 저농도의 반도체 폐가스는 5ppm 이하의 메틸 메르캅탄, 황화수소, 암모니아 등을 포함하는데, 상기 흡착제가 저농도의 메틸 메르캅탄, 황화수소, 암모니아를 흡착하는지 실험하여 그 결과를 표 4에 나타내었다. 상기 실험은 활성탄, 흡착제 1 내지 4, 7 및 9가 채워진 반응기에 4.84PPM의 메틸 메르캅탄을 주입하고 출구에서 메틸 메르캅탄의 농도를 측정하였으며, 흡착제 2가 채워진 반응기에 4.94PPM의 황화수소를 주입하고 출구에서 황화수소의 농도를 측정하였으며, 흡착제 3이 채워진 반응기에 4.86PPM의 암노니아를 주입하고 출구에서 암모니아의 농도를 측정하였다.
(2) 표 4를 보면, 흡착제 1이 저농도의 메틸 메르캅탄을 완전히 제거하고, 흡착제 2가 저농도의 황화수소를 완전히 제거하고, 흡착제 3이 저농도의 암모니아를 완전히 제거함을 알 수 있다. 또한, 흡착제 1이 흡착제 2, 3, 4, 7 및 9에 비해 저농도의 메틸 메르캅탄 흡착 효율이 뛰어남을 알 수 있어, 흡착제 구성 성분의 혼합 방법, 활성탄과 제올라이트의 양, 실리카와 알루미나의 양을 조절하여 가스 흡착량이 변화됨을 알 수 있다.
GAS 종류 INLET 농도(PPM) 흡착제 OUTLET 농도(PPM)
Methyl mercaptan 4.84 활성탄 0
흡착제 1 0
흡착제 2 0.14
흡착제 3 0.96
흡착제 4 0.22
흡착제 7 0.09
흡착제 9 0.04
Hydrogen sulfide 4.94 흡착제 2 0
Ammonia 4.86 흡착제 3 0
이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 하우징 2: 제1흡착제 3: 제2흡착제
4: 제3흡착제 11: 유입부 12: 유출부
13: 수용부 14: 제1격벽 15: 제2격벽
131: 제1수용부 132: 제2수용부 133: 제3수용부

Claims (9)

1 내지 5ppm의 농도를 가지며, 메틸 메르캅탄, 암모니아 및 황화수소를 포함하는 저농도의 반도체 페가스를 처리하는 장치의 제조방법에 있어서,
상기 제조방법은 메틸 메르캅탄을 제거하기 위한 제1흡착제를 제조하는 제1흡착제제조단계와, 암모니아를 제거하기 위한 제2흡착제를 제조하는 제2흡착제제조단계와, 황화수소를 제거하기 위한 제3흡착제를 제조하는 제3흡착제제조단계와, 유입부와 유출부가 형성된 반응기 내부에 제1흡착제, 제2흡착제 및 제3흡착제를 차례로 적층하는 흡착제적재단계를 포함하며,
상기 유입부를 통해 유입된 저농도의 반도체 폐가스는 제1흡착제, 제2흡착제 및 제3흡착제를 차례로 통과하여 유출부를 통해 외부로 배출되게 되고,
상기 제1흡착제는 석탄계 활성탄 100g 및 제올라이트 300g을 혼합하여 혼합분말을 준비하고, 수산화나트륨 400g을 증류수 1000ml에 녹여 수산화나트륨 용액을 준비하고, 상기 혼합분말을 상기 수산화나트륨 용액에 혼합하고 1시간 동안 교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 3회 세척하고, 150℃에서 3시간 동안 건조하고 350℃에서 1시간 동안 소성하고, 분쇄를 통해 파우더 형태의 분쇄물을 형성하고, 상기 분쇄물에 실리카 200g 및 알루미나 300g을 혼합하여, 혼합 파우더를 준비하고, 상기 혼합 파우더에 2.5mol의 탄산칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 회전성형기를 이용하여 구형 형태로 성형한 후 건조하여 제조되며,
상기 제2흡착제는 석탄계 활성탄 300g 및 제올라이트 100g을 혼합하여 혼합분말을 준비하고, 염화나트륨 400g을 증류수 1000ml에 녹여 염화나트륨 용액을 준비하고, 상기 혼합분말을 상기 염화나트륨 용액에 혼합하고 1시간 동안 교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 3회 세척하고, 150℃에서 3시간 동안 건조하고 350℃에서 1시간 동안 소성하고, 분쇄를 통해 파우더 형태의 분쇄물을 형성하고, 상기 분쇄물에 실리카 150g 및 알루미나 350g을 혼합하여, 혼합 파우더를 준비하고, 상기 혼합 파우더에 2.5mol의 염화칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 회전성형기를 이용하여 구형 형태로 성형한 후 건조하여 제조되고,
상기 제3흡착제는 석탄계 활성탄 300g 및 제올라이트 100g을 혼합하여 혼합분말을 준비하고, 수산화나트륨 400g을 증류수 1000ml에 녹여 수산화나트륨 용액을 준비하고, 상기 혼합분말을 상기 수산화나트륨 용액에 혼합하고 1시간 동안 교반하고, 감압 여과하여 케이크를 형성하고 증류수로 3회 세척하고, 150℃에서 3시간 동안 건조하고 350℃에서 1시간 동안 소성하고, 분쇄를 통해 파우더 형태의 분쇄물을 형성하고, 상기 분쇄물에 실리카 150g 및 알루미나 350g을 혼합하여, 혼합 파우더를 준비하고, 상기 혼합 파우더에 2.5mol의 탄산칼슘 용액을 혼합하여 반죽을 형성하고, 상기 반죽을 회전성형기를 이용하여 구형 형태로 성형한 후 건조하여 제조되며,
상기 제1흡착제는 2 내지 2.5nm의 기공 크기를 가지며, 상기 제2흡착제는 5 내지 8nm의 기공 크기를 가지고, 상기 제3흡착제는 2.8 내지 3.4nm의 기공 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 페가스 처리용 장치의 제조방법.
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