KR20030046513A - 화학 반응성 필터 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

기체 오염물은 화학적으로 반응적인 산화제(12), 산 또는 염기, 배위제, 착화제 또는 조해제를 함유하는 내부 공동(10)을 갖는 섬유(2)로 여과된다. 오염물이 염기성일 경우, 시약(12)은 바람직하게는 산화제이다. 오염물이 산성일 경우, 시약(12)은 바람직하게는 염기성이며, 더욱 바람직하게는 제 1족 또는 제 2족 금속 양이온을 포함한다. 시약(12)은 또한, 유리하게는 인산염, 키토산, 차아염소산염, 붕산염, 탄산염, 수산화물 또는 산화물을 포함할 수 있다. 오염물이 중성인 경우, 시약(12)은 바람직하게는, 산화제, 착화제, 배위제 또는 조해제이다. 시약(12)은 바람직하게는, 예를 들어, 분말탄, 제올라이트, 산화알루미늄 또는 실리카를 포함하는 흡착성 고형물로 함침된다. 섬유(2)는 바람직하게는 다중로브형이며, 가장 바람직하게는 삼중로브형 또는 사중로브형이다. 또한, 섬유(2)가 다수의 T형 로브(6)를 함유하는 것이 바람직하다.

Description

화학 반응성 필터 장치 및 방법 {DEVICES AND METHODS FOR CHEMICAL REACTIVE FILTRATION}

공기 스트림으로부터 불순물을 제거하기 위한 흡착 성분으로서 활성화된 목탄 및 기타 물질을 사용하는 것은 통상적으로 공지되어 있다. 효과적인 섬유 단면의 출현으로 인해, 부분적으로 중공인 섬유를 생성시키는 것이 가능하다. 특히 효과적인 단면은 본원에 참고 문헌으로 인용된 미국 특허 5057,368["Filaments Having Trilobal Or Quadrilobal Cross-Sections" to Largman et al.]에 설명된 바와 같이, 중앙 코어로부터 연장된 세개의 T-형 로브를 갖는 단면이다. 통상적인 필터는 다양한 적용분야에서 고체 또는 액체 물질로 피복된 매질을 사용하였다; 그러나, 이들 대부분은 흡착보다는 흡수에 의존해 왔다. 흡착은 제거될 입자가 필터 물질 성분의 표면에 부착하는 경우 발생하는 반면; 흡수는, 분자 운동성이 비기계적 방식으로 원하지 않는 입자를 한 구역에서 다른 구역으로 이동시키기 위해 이용될 경우 발생한다. 다중로브형 섬유는, 특정 오염물-제거 액체 및 고형물이 섬유내에 형성된 공동에 충전되는 위킹 섬유(wicking fiber)로서 특히 효과적이다.

고체 여과 입자로 충전된 다중로브형 섬유는 흡착성 공기 여과 및 악취 제거 적용분야에 사용되어 왔다. 이러한 여과 입자는 탄소 입자, 제올라이트, 베이킹 소다, 시클로덱스트린, 및 특정 오염물을 흡착시킬 수 있는 고형물의 사용을 포함한다(본원에 참고 문헌으로 인용된 미국 특허 5,759,394 참조). 또한, 다중로브형 섬유를 위킹 섬유로서 사용한 기타 적용은 섬유의 공동내로 충전되는 특정 액체의 흡수 특성과 관련이 있다. 통상 이러한 액체는 오염된 공기 스트림으로부터 가역 방식으로 악취 및 기체 분자를 약하게 흡수하여, 제 2 공기 스트림으로 이러한 분자의 최종 분산을 보조하는 것으로 선택되었다(본원에 참고 문헌으로 인용된 미국 특허 5,891,221 및 5,704,966 참조).

웨이퍼는 작은 입자 및 저수준의 특정 화학물질에도 매우 민감하기 때문에, 직접 회로의 제조시 오염되지 않은 환경을 유지하는 것이 특히 중요하다. 이는 공기가 여과된 청결실 내부에서 웨이퍼를 제조함으로써 달성될 수 있다. 필터는 입자 및 화학물질 수준을 극도로 낮은 수준(십억분의 1 미만)으로 감소시키는데 사용된다. 또한, 반도체 기기에는 때때로 공정 동안 국부적인 초청정 기류를 제공하는 환경 조정기가 구비되어 있다. 그러나, 통상적인 화학물질 필터는 수명이 매우 짧으며, 자주 교체되어야 하고, 특정 화학물질을 효과적으로 여과하는데 비효과적이다.

기존의 적용은 염기성 기체와 화학적으로 반응하는 시약을 함유하는 장축으로 연장된 내부 공동을 갖는 섬유를 사용하여, 염기성 기체를 여과하는 것을 교시하고 있다. 바람직한 시약은 산, 배위제, 착화제 및 조해제를 포함하며, 유리하게는 흡착 고형물로 함침될 수 있다. 이 때, 염기성 기체가 또한 산화제를 사용하여 여과될 수 있는지, 또는 산성 또는 중성 기체가 유사한 방식으로 여과될 수 있는지는 공인되지 않았다. 따라서, 다양한 기체를 여과하는 장치 및 방법을 제공할 필요가 여전히 남아있다.

발명의 요약

본 발명은 화학적으로 반응적인 산화제, 수소 이온 수용체 또는 공여체, 배위제, 착화제 또는 조해제를 함유하는 내부 공동을 갖는 섬유를 사용하여 기체 오염물을 여과시키는 장치 및 방법을 제공한다.

기체 오염물은 산성, 염기성 또는 pH 중성일 수 있다. 오염물이 염기성인 경우, 시약은 산성일 수 있으나, 바람직하게는 산화제이다. 오염물이 산성일 경우, 시약은 바람직하게는 염기성이며, 더욱 바람직하게는, 바람직한 하기 음이온의 제 1족 또는 제 2족 금속 양이온을 포함한다: 인산염, 키토산, 차아염소산염, 붕산염, 탄산염, 수산화물 또는 산화물. 오염물이 중성일 경우, 시약은 바람직하게는, 착화제, 배위제, 산화제 또는 조해제이다.

바람직한 구체예에서, 시약은 금속 양이온, 특히 1족 또는 2족 금속 양이온을 포함한다. 시약은 또한 유리하게는, 인산염, 키토산, 차아염소산염, 붕산염, 탄산염, 수산화물 또는 산화물일 수 있다.

시약은 바람직하게는, 예를 들어, 분말탄(carbon powder), 제올라이트, 산화알루미늄 또는 실리카를 포함하는 흡착성 고형물로 함침된다.

섬유는 바람직하게는, 다중로브형이며, 가장 바람직하게는 삼중로브형 또는사중로브형이다. 섬유가 다수의 T형 로브를 함유하는 것 또한 바람직하다.

본 발명의 다양한 목적, 특징, 양태 및 이점은, 동일한 번호가 동일한 요소를 나타내는 첨부된 도면과 함께, 본 발명의 바람직한 구체예의 하기 상세한 설명으로부터 더욱 자명해질 것이다.

도면의 간단한 설명

도 1은 개별적인 다중로브형 섬유의 상세한 단면도이다.

도 2는 시약이 각각의 다중로브형 섬유내에 배치된, 다중로브형 섬유로 구성된 섬유 매트의 클로즈업된 모습이다.

도 3은 도 2의 섬유 매트의 더 넓은 모습이다.

도 4는 산-함침된 다중로브형 섬유 필터가 구비된, 공기 스트림을 여과시키는데 사용하기 위한 한 구체예의 챔버이다.

도 5는 다중층 다중로브형 섬유 필터가 구비된 도 4의 챔버이다.

상이한 도면에서 동일한 참조 번호는 유사하거나 동일한 아이템을 나타낸다.

본 발명은 필터 시스템, 특히 고체 및 액체 반응물을 사용하는 필터 시스템에 관한 것이다.

도 1은 개별적인 다중로브형 섬유(2)의 단면의 상세도이다. 섬유(2)는 열가소성 중합체로 제조된 유형의 섬유이며, 상기 언급된 미국 특허 5,057,368호에 설명된 바와 같은 통상적인 방사구를 통해 섬유 조성물을 방사시키는 것과 같은 통상적인 섬유 성형 기법에 의해 형성된다. 섬유(2)는 코어(4)를 포함하며, 이 코어로부터 세개의 로브(6)가 외부로 연장된다. 각각의 로브(6)의 말단에는 캡(8)이 있으며, 이는 로브(6)의 말단에 수직으로 부착된다. 로브(6)와 인접 캡(8) 사이에형성된 공동은 다중로브형 섬유(2)의 전체 길이를 따라 연장되어 장축 슬롯(10)을 형성한다. 다중로브형 섬유(2)는 분말탄과 같은 분말화된 미립자 물질을 보유할 수 있다. 분말탄은 액체를 사용하지 않고서 캡(8)에 의해 포획되어 슬롯(10)내에 기계적으로 고정될 수 있다. 분말을 섬유내로 살포한 후, 과량의 분말을 털어내거나 팬으로 과량의 분말을 송풍 제거함으로써, 슬롯(10)내로 분말을 포획시킬 수 있다.

바람직하게는, 섬유(2)는 모세관력에 의해 슬롯(10)내에 액체를 고정시킬 수 있다. 도 2는 섬유 매트(100)의 클로즈업된 모습으로서, 여기서 액체 시약(12)은 망상 섬유(meshed fiber)(2)의 슬롯(10)내에 충전되어 있다. 액체 시약(12)은, 액체 소적을 섬유 매트(100)에 침투시키고, 섬유(2)의 표면과 접촉시킨 후 슬롯으로 위킹시킴으로써 슬롯(10)을 충전시키는데 사용될 수 있다. 액체 소적이 섬유(20)와 접촉한 후, 이들은 섬유(2)간의 공간을 개방된 채로 유지시키고, 섬유 매트(100)를 통한 기류가 방해되지 않도록 신속하게 슬롯(10)으로 유착된다. 섬유(2)는, 대안적으로 섬유(2)를 시약(12)에 담그고, 과량의 시약(12)을 제거함으로써, 모세관력에 의해 시약(12)을 슬롯(10)내로 위킹시킬 수 있다.

시약(12)은 상이한 방법 예컨대, 시약(12)을 기계적 분무기로 분무시키거나, 바람직하게는 통상적인 액체 점적기를 사용하여 액체 소적의 형태로 형성될 수 있다. 시약(12)은 다양한 액체 예컨대, 산, 염기, 산화제, 환원제, 착화제, 배위제 및 조해제일 수 있다.

시약(12)으로서 사용하기 위한 산으로는 예를 들어, 무기산 예컨대, 붕산 및바람직하게는, 인산 또는 황산을 포함한다. 무기산 이외에 유기산 또한 사용될 수 있다. 유기산은 예를 들어, 모노카르복실산, 디카르복실산 및 트리카르복실산을 포함하며, 이러한 유형의 유기산은 시트르산, 락트산, 말레산, 푸마르산, 카프로산, 라우르산, 옥살산, 말론산, 타르타르산, 숙신산, 살리실산 및 말산을 포함한다. 또 다른 구체예에서, 액체 산 대신에 분말형 산도 사용될 수 있으며, 상기 설명된 분말탄과 유사한 방식으로 슬롯(10)내로 함침될 수 있다. 대안적인 구체예에서, 분말 염기 또한 비염기성 오염물을 여과시키는데 사용될 수 있다. 이러한 분말 염기는 예를 들어, 중탄산나트륨(베이킹 소다), 탄산나트륨, 수산화나트륨, 인산삼나트륨, 탄산칼륨, 수산화칼륨 및 사붕산나트륨을 포함할 수 있다. 또한, 시약(12)은 전이 금속 예를 들어, 구리, 주석, 철, 아연 및 티타늄을 포함하는 배위제, 및 포획제 예를 들어, 시클로덱스트린을 포함하는 착화제를 포함할 수 있다.

시약(12)으로서 사용하기 위한 염기는 예를 들어, 제 1족 또는 제 2족 금속 양이온을 포함하며, 또한 유리하게는 인산염, 키토산, 차아염소산염, 붕산염, 탄산염, 수산화물 또는 산화물을 포함할 수 있다. 특히 고려되는 염기는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 인산칼륨, 인산나트륨, 산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화칼륨, 수산화마그네슘, 탄산나트륨 또는 탄산칼륨이다.

본원에서 고려되는 산화제는 제 1족 또는 제 2족 금속 과망간산염, 과산화수소 및 기타 무기 및 유기 과산화물, 제 1족 또는 제 2족 금속 차아염소산염, 아연, 주석, 철, 티타늄을 포함한 금속 산화물 등을 포함한다.

본원에 고려되는 착화제는 요소, 시클로덱스트린, 크라운 에테르 등을 포함한다.

본원에 고려되는 배위제는 아연 및 주석 아세테이트 등을 포함한다.

본원에 고려되는 조해제는 리튬 및 칼륨 할로겐화물(브롬화물 및 염화물 포함), 과당, 프로필렌 글리콜 및 에틸렌 글리콜 등을 포함한다.

도 3은 섬유 메트(100)의 더 넓은 모습이다. 섬유(2)는 플리팅(pleat)되거나 층 형태로 형성되어 다양한 형태의 섬유 매트(100)를 형성시킬 수 있다. 일반적으로, 슬롯(10)내의 부피는 다중로브형 섬유(2) 부피의 약 반을 이루며, 오염물의 밀도에 따라, 섬유(2)는 슬롯(10)내에 약 100중량%의 액체 오염물 및 약 25 내지 125 중량%의 고체 분말을 획득할 수 있다. 액체 또는 고체 오염물 둘 모두를 포획시키는 다중로브형 섬유(2)의 특성을 이용하면, 시약(12)은 흡착 또는 흡수 여과 적용물에 사용된다. 시약(12)은 계획적으로 슬롯(10)내에 함침되어 있으며, 이는 반응성 액체 또는 고체 시약이며, 바람직하게는 둘 모두는 산성이며, 섬유 매트(100)는 흡착 및 흡수 분자 오염물 제거를 위해 고도로 분산된 형태로 시약(12)을 고정시키기 위한 지지 네트워크로서 사용된다. 다중로브형 섬유(2)는 액체 또는 고체 (산성) 시약(12)을 보유할 수 있을 뿐만 아니라, 액체 시약과 고체 입자의 복합물을 보유하는데도 효과적이다. 고체 흡착제 예컨대, 제올라이트, 산화알루미늄, 활성탄(함침된 형태 및 순수한 형태), 및 화학적으로 개질된 실리카가 산성 시약(12)과 액체 또는 고체 형태로 조합되어 다중로브형 섬유(2)의 슬롯(10)내로 함침될 수 있다. 또한, 고체 흡착제는 염기성 시약(12)과 함께 사용되어 슬롯(10)내로 함침될 수 있다.

섬유 매트(100)는 특히 유동 유체 스트림으로부터 산성 또는 염기성 오염물을 여과시키는데 효과적이다. 고려되는 산성 오염물은, 수소 이온 공여체 및 전자 수용체(루이스 산)을 포함한, 화학 분야에서 통상적으로 산으로서 여겨지는 임의의 화학물질 또는 화합물이다. 고려되는 염기성 오염물은 수소 이온 수용체 및 전자 공여체(루이스 염기)를 포함한 화학 분야에서 통상적으로 염기로서 여겨지는 임의의 화학물질 또는 화합물이다. 특히 고려되는 산성 오염물은 무기산 및 유기산이며, 특히 염산, 산화황산, 유기산을 포함한다. 특히 고려되는 염기성 오염물은 암모니아 및 아민이다.

pH 중성 오염물 또한, 본원의 기법을 이용하여 여과될 수 있다. 특히 고려되는 pH 중성 오염물은 비소 및 이의 유도체, 알코올, 탄화수소, 산화탄화수소이다. 이러한 중성 오염물에 대해 특히 고려되는 시약은 배위제, 산화제 및 착화제이다.

액체 염기성 시약(12)이 함침된 섬유 매트(100)는, 특히 산성 오염물 예컨대, 질소 또는 황 함유 산, 산화황, 산화질소, 황화수소를 포함하는 무기산 또는 유기산을 유동 유체 스트림으로부터 흡수시키는데 특히 효과적이다. 실례적인 구체예에서, 황산으로 오염된 공기 스트림은 섬유 매트(100)를 통해 통과된다. 오염물이 염기성 시약(12) 예컨대, 수산화나트륨으로 함침된 다중로브형 섬유(2)를 통과할 때, 산과 염기가 화학적으로 반응하여 물 및 비휘발성 황산나트륨 염을 형성시킨다. 그 후, 섬유(2)는 염의 일부 또는 전부를 보유한다.

다중로브형 섬유(2)내에 염기성 시약(12)을 사용한 섬유 매트(100)는 다양한적용분야 예를 들어, 다중로브형 섬유(2)를 플리팅시키거나 층화시켜(layering) 섬유 매트(100)를 형성시키는데 사용될 수 있다. 한 구체예에서, 섬유 매트(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 여과 챔버(102)에서 여과 부재로서 사용될 수 있다. 챔버(102)는 하우징(18)으로 구성되며, 이는 조작 및 설치를 용이하게 하기 위해 통상적인 금속 예를 들어, 알루미늄으로 설계될 수 있다. 플리팅되거나 층화된 섬유 매트(100)가 바람직하게는 접착제 또는 낮은 기체배출 아교에 의해 하우징(18)에 부착된다. 또한, 대안적인 구체예에서, 섬유 매트(100)를 프레임(미도시됨)에 부착시킬 수 있으며; 그 후, 섬유 매트(100)가 구비된 이 프레임은 하우징(18)내에 교체가능하게 설치되거나 제거될 수 있다. 하우징(18)은 또한, 섬유 매트(100)를 통해 여과되는 동안, 여과 챔버(102)를 통해 공기 스트림(20)을 이동하게 하는 유입구(14) 및 배출구(16)를 갖는다. 챔버(102)는 입자 및/또는 화학물질을 여과하는데 사용될 수 있다.

도 5는 섬유 매트(100)의 대안적인 구체예이다. 도 5는 섬유 매트(100)를 다중층 섬유 매트(100')로 대체한 것 이외에는 도 4의 챔버(102)와 대부분 유사하다. 다중층 섬유 매트(100')는 다수의 개별적인 인접 층으로 구성된 필터이다. 각각의 개별적인 층에는 상기 논의된 시약이 함침되어 있으며; 여러 개별적인 층 즉, 상이한 시약을 갖는 각각의 층은 단일의 다중층 섬유 매트로 조합된다. 다수의 층은 1 내지 N개일 수 있으며, 섬유 매트(100')는 원하는 기능에 따라 층과 시약의 복합물을 함유할 수 있다.

이렇게, 화학 반응 여과를 위한 장치 및 방법의 특정 구체예 및 적용이 기재되어 있다. 그러나, 설명된것 이외에 많은 변형이 본원의 개념을 벗어나지 않으면서 고려될 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명의 내용은 첨부된 청구범위의 사상을 제외하고는 제한되지 않는다.

Claims (23)

1. 각각 다수의 장축으로 연장된 내부 공동을 한정하는 다수의 세장형 섬유; 및

   섬유의 내부 공동에 배치되어 있으며, 산화제와 염기로 구성된 군으로부터 선택된 시약을 포함하는 기체 필터.
2. 제 1 항에 있어서, 시약이 염기를 포함함을 특징으로 하는 필터.
3. 제 1 항에 있어서, 시약이 금속 양이온을 포함함을 특징으로 하는 필터.
4. 제 1 항에 있어서, 시약이 제 1족 또는 제 2족 금속 양이온을 포함함을 특징으로 하는 필터.
5. 제 1 항에 있어서, 시약이 인산염, 키토산, 차아염소산염, 붕산염, 탄산염, 수산화물 또는 산화물을 포함함을 특징으로 하는 필터.
6. 제 1 항에 있어서, 시약이 흡착성 고형물로 함침됨을 특징으로 하는 필터.
7. 제 6 항에 있어서, 흡착성 고형물이 분말탄을 포함함을 특징으로 하는 필터.
8. 제 6 항에 있어서, 흡착성 고형물이 제올라이트, 산화알루미늄 및 실리카로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 필터.
9. 제 1 항에 있어서, 다수의 섬유 각각이 삼중로브형임을 특징으로 하는 필터.
10. 제 1 항에 있어서, 다수의 섬유 각각이 사중로브형임을 특징으로 하는 필터.
11. 제 1 항에 있어서, 다수의 섬유 각각이 다수의 T형 로브를 함유함을 특징으로 하는 필터.
12. 필터에 다수의 장축으로 연장된 내부 공동을 제공하고;

    산화제, 염기, 배위제, 착화제 및 조해제로 구성된 군으로부터 선택된, 오염물과 반응하는 시약을 내부 공동에 배치시키는 것을 포함하여, 필터로 산성 또는 pH 중성 기체 오염물을 기체로부터 여과시키는 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 오염물이 산성임을 특징으로 하는 방법.
14. 제 12 항에 있어서, 오염물이 pH 중성임을 특징으로 하는 방법.
15. 제 12 항에 있어서, 시약이 산화제임을 특징으로 하는 방법.
16. 제 12 항에 있어서, 시약이 염기임을 특징으로 하는 방법.
17. 제 12 항에 있어서, 시약이 착화제임을 특징으로 하는 방법.
18. 제 12 항에 있어서, 시약이 조해제임을 특징으로 하는 방법.
19. 제 12 항에 있어서, 시약이 인산염, 붕산염, 탄산염, 수산화물 또는 산화물을 포함함을 특징으로 하는 방법.
20. 제 12 항에 있어서, 시약이 흡착성 고형물로 함침됨을 특징으로 하는 방법.
21. 제 20 항에 있어서, 흡착성 고형물이 분말을 포함함을 특징으로 하는 방법.
22. 제 12 항에 있어서, 공동이 다중로브형 섬유로 한정됨을 특징으로 하는 방법.
23. 제 22 항에 있어서, 다수의 섬유 각각이 다수의 T형 로브를 함유함을 특징으로 하는 방법.