KR20230091247A - Method for preparing cation exchange resin with reduced impurities and cation exchange resin prepared thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 양이온 교환 수지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 양이온 교환 수지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 유기탄소 및 금속과 같은 불순물 함량이 극히 적어 반도체용 초순수의 제조에 특히 적합하게 사용될 수 있는 양이온 교환 수지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 양이온 교환 수지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cation exchange resin and to a cation exchange resin prepared thereby, and more particularly, to a cation that can be used particularly suitably for the production of ultrapure water for semiconductors with extremely low content of impurities such as organic carbon and metal. It relates to a method for preparing an exchange resin and a cation exchange resin prepared thereby.
최근 반도체 제조 분야에서는 종래부터 반도체 소자의 고집적도화에 수반해, 반도체 제조 공정에서 적용되는 생산 기계나 가스, 약품 등과 함께 용수도 대폭적인 고순도화가 요구되고 있으며, 초순수(경우에 따라 극도 순수라고도 칭해진다) 등의 매우 고순도의 용수도 요구되고 있다.In recent years, in the field of semiconductor manufacturing, with the high integration of semiconductor elements, there is a demand for significantly higher purity of water as well as production machines, gases, chemicals, etc. applied in the semiconductor manufacturing process. ), etc., are also required for very high purity water.
초순수 등의 세척수나 레지스트액으로 대표되는 각종 액상제 등에 이온성 불순물인 나트륨 이온, 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 철 이온, 구리 이온, 아연 이온 등의 다양한 금속 이온이 다량 포함될 경우에는 생산되는 전기/전자 제품의 품질에 큰 악영향을 초래할 수 있다. 이러한 이유 때문에 전기/전자 제품 제조에 사용되는 액상제는 불순물 및 금속 이온을 거의 포함하지 않는 고순도의 것이 요구되며, 이러한 금속 이온 함유량이 적은 액상제는 이온 교환 수지에 의해 정제되어 제조되고 있다. 그러나 이온 교환 수지 중에도 다량의 금속 불순물이 포함될 경우, 금속 이온이 액상제에 용출되어 고순도의 액상제를 얻기가 어려운 문제가 있다.Electricity/electronics produced when a large amount of various metal ions, such as sodium ions, calcium ions, magnesium ions, iron ions, copper ions, and zinc ions, which are ionic impurities, are included in washing water such as ultrapure water or various liquid agents represented by resist liquid. It can cause a great adverse effect on the quality of the product. For this reason, liquids used in the manufacture of electrical/electronic products are required to be of high purity, containing almost no impurities and metal ions, and liquids containing little metal ions are purified by ion exchange resins. However, when a large amount of metal impurities are included in the ion exchange resin, metal ions are eluted into the liquid agent, making it difficult to obtain a high-purity liquid agent.
일본 특허공개공보 특개평 07-117781호에는 금속 이온을 함유하는 이온 교환 수지에 금속 불순물량이 1 ㎎/L(ppm) 이하인 고순도의 광산의 수용액을 하향류로 통액시켜 이온 교환 수지의 금속 이온의 불순물량을 감소시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이러한 방법은, 불순물인 금속 이온의 함유량이 1 ㎎/L 이하인 고순도의 광산 용액이 추가적인 정제 공정으로 인해 매우 고가이며, 또한 이온 교환 수지의 정제 조작에 있어 광산 용액이 접촉하는 펌프나 배관 등도 금속 이온에 의해 오염되어 있지 않은 특수재질의 코팅이 포함되어야 하기 때문에, 이온 교환 수지 정제 장치의 구축에 고비용을 발생시키며, 그렇게 구축된 고가의 장치가 오염되지 않도록 유지 및 관리하는 데에 또한 비용 및 어려움을 발생시킨다. 또한 다량의 고순도의 광산의 수용액을 통수하는 과정에서 처리액의 발생량이 많아지며, 발생된 처리액의 중화처리/폐기에 대한 비용이 또한 발생할 수 있다.Japanese Patent Laid-open Publication No. 07-117781 discloses that an aqueous solution of a high-purity mineral acid having a metal impurity content of 1 mg/L (ppm or less) is passed downwardly through an ion exchange resin containing metal ions to obtain metal ion impurities in the ion exchange resin. A method of reducing the quantity is disclosed. However, in this method, the high-purity mineral acid solution having an impurity metal ion content of 1 mg/L or less is very expensive due to an additional purification process, and in addition, in the purification operation of the ion exchange resin, the pump or pipe in contact with the mineral acid solution is also metal. Since a coating of a special material that is not contaminated by ions must be included, high cost is incurred in constructing an ion exchange resin purification device, and cost and difficulty are also incurred in maintaining and managing such an expensive device so as not to be contaminated. causes In addition, in the process of passing a large amount of high-purity mineral acid aqueous solution, the amount of treatment liquid generated increases, and costs for neutralization treatment/disposal of the generated treatment liquid may also occur.
따라서, 반도체용 초순수의 제조에 사용 가능하도록 양이온 이온 교환 수지의 금속 이온 등 불순물 함량을 감소시킬 수 있는 보다 경제적인 방법이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a more economical method capable of reducing the content of impurities such as metal ions in cation ion exchange resins so that they can be used in the production of ultrapure water for semiconductors.
본 발명의 목적은, 유기탄소 및 금속과 같은 불순물 함량이 극히 적어 반도체용 초순수의 제조에 특히 적합하게 사용될 수 있는 양이온 교환 수지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 양이온 교환 수지를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for producing a cation exchange resin that can be used particularly suitably for the production of ultrapure water for semiconductors with extremely low content of impurities such as organic carbon and metal, and a cation exchange resin prepared thereby.
상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, (1) 강산성 양이온 교환 수지를 상온보다 높은 온도에서 알칼리 금속 수산화물로 처리하는 단계; (2) 상기 단계 (1)에서 얻어진 양이온 교환 수지를 상온보다 높은 온도에서 광산 수용액으로 처리하는 단계; 및 (3) 상기 단계 (2)에서 얻어진 양이온 교환 수지를 초순수로 세척하는 단계;를 포함하는, 양이온 교환 수지의 제조 방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention includes (1) treating a strongly acidic cation exchange resin with an alkali metal hydroxide at a temperature higher than room temperature; (2) treating the cation exchange resin obtained in step (1) with an aqueous mineral acid solution at a temperature higher than room temperature; and (3) washing the cation exchange resin obtained in step (2) with ultrapure water.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 본 발명의 방법에 따라 제조된 양이온 교환 수지가 제공된다.According to another aspect of the present invention, a cation exchange resin prepared according to the method of the present invention is provided.
본 발명의 방법에 따라 제조되는 양이온 교환 수지는 유기탄소 및 금속과 같은 불순물 함량이 극히 적어, 수질 정제에 사용시 금속 불순물 함량이 적고, 총 유기탄소(TOC) 용출이 낮으며, 비저항 값이 우수한 정제수를 제공할 수 있으며, 따라서, 반도체용 초순수의 제조에 특히 적합하게 사용될 수 있다.The cation exchange resin prepared according to the method of the present invention has extremely low content of impurities such as organic carbon and metal, so when used for water purification, the content of metal impurities is low, total organic carbon (TOC) elution is low, and purified water with excellent resistivity value It can provide, and, therefore, it can be used particularly suitably for the production of ultrapure water for semiconductors.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 양이온 교환 수지의 제조방법은, (1) 강산성 양이온 교환 수지를 상온보다 높은 온도에서 알칼리 금속 수산화물로 처리하는 단계를 포함한다.The method for preparing the cation exchange resin of the present invention includes (1) treating the strongly acidic cation exchange resin with an alkali metal hydroxide at a temperature higher than room temperature.
상기 강산성 양이온 교환 수지로는 통상의 강산성 양이온 교환 수지를 사용할 수 있으며, 예컨대, 수소이온형(H형) 혹은 나트륨형(Na형) 강산성 양이온 교환 수지를 사용할 수 있다. Na형의 경우 혼상형 이온 교환 수지에 사용하기 전에 적절한 농도의 산 수용액을 사용하여 H형으로 변환한 후 사용될 수도 있다.As the strong acid cation exchange resin, a general strong acid cation exchange resin may be used, and for example, a hydrogen ion type (H type) or sodium type (Na type) strong acid cation exchange resin may be used. In the case of the Na type, it may be used after converting to the H type using an aqueous acid solution of an appropriate concentration before using it in the mixed bed type ion exchange resin.
일 구체예에서, 상기 강산성 양이온 교환 수지는 교환기로 설폰산기를 가지며, 모체는 모노비닐리덴 방향족 모노머(예컨대, 스타이렌 등)와 가교제(예컨대, 디비닐벤젠 등)를 중합시킨 가교 중합체일 수 있다. In one embodiment, the strong acidic cation exchange resin has a sulfonic acid group as an exchange group, and the matrix may be a crosslinked polymer obtained by polymerizing a monovinylidene aromatic monomer (eg, styrene, etc.) and a crosslinking agent (eg, divinylbenzene, etc.) .
보다 구체적으로, 상기 강산성 양이온 교환 수지의 상업적인 예로는 ㈜삼양사제 TRILITE(상표명) MC08HUP, TRILITE(상표명) MC10HUP 및 TRILITE(상표명) MC14HUP 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.More specifically, commercial examples of the strong acid cation exchange resin include TRILITE (trade name) MC08HUP, TRILITE (trade name) MC10HUP, and TRILITE (trade name) MC14HUP manufactured by Samyang Corporation, but are not limited thereto.
일 구체예에서, 상기 강산성 양이온 교환 수지의 평균 입경은, 압력손실과 이온교환속도를 고려하였을 때, 0.05 내지 2.0 mm일 수 있고, 보다 구체적으로는 0.1 내지 1.0 mm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, the average particle diameter of the strong acid cation exchange resin may be 0.05 to 2.0 mm, more specifically 0.1 to 1.0 mm, when considering the pressure loss and ion exchange rate, but is not limited thereto. .
일 구체예에서, 상기 알칼리 금속 수산화물은 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화루비듐, 수산화세슘 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 수산화나트륨일 수 있다. 상기 알칼리 금속 수산화물은 수용액의 형태로 사용될 수 있다.In one embodiment, the alkali metal hydroxide may be selected from the group consisting of lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, cesium hydroxide, or a combination thereof, preferably sodium hydroxide. The alkali metal hydroxide may be used in the form of an aqueous solution.
일 구체예에서, 알칼리 금속 수산화물이 수용액 형태로 사용되는 경우, 그 알칼리 금속 수산화물 함량은, 예컨대, 1 내지 10 중량%일 수 있다. 보다 구체적으로, 알칼리 금속 수산화물 수용액의 알칼리 금속 수산화물 함량은, 예를 들면, 1 중량% 이상, 1.5 중량% 이상, 2 중량% 이상, 또는 2.5 중량% 이상일 수 있고, 또한, 10 중량% 이하, 9 중량% 이하, 8 중량% 이하, 7 중량% 이하 또는 6 중량% 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, when the alkali metal hydroxide is used in the form of an aqueous solution, the content of the alkali metal hydroxide may be, for example, 1 to 10% by weight. More specifically, the alkali metal hydroxide content of the alkali metal hydroxide aqueous solution may be, for example, 1% by weight or more, 1.5% by weight or more, 2% by weight or more, or 2.5% by weight or more, and also 10% by weight or less, 9% by weight or less. It may be less than or equal to 8% by weight, less than or equal to 7% by weight or less than or equal to 6% by weight, but is not limited thereto.
일 구체예에서, 알칼리 금속 수산화물이 수용액 형태로 사용되는 경우, 그 사용량은, 예컨대, 양이온 교환 수지 체적에 대하여 1 내지 5배일 수 있다. 보다 구체적으로, 알칼리 금속 수산화물 수용액의 사용량은, 예를 들면, 양이온 교환 수지 체적에 대하여 1배 이상, 1.5배 이상 또는 2배 이상일 수 있고, 또한, 5배 이하, 4배 이하 또는 3배 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, when the alkali metal hydroxide is used in the form of an aqueous solution, the amount used may be, for example, 1 to 5 times the volume of the cation exchange resin. More specifically, the amount of the alkali metal hydroxide aqueous solution used may be, for example, 1 time or more, 1.5 times or more, or 2 times or more, and may be 5 times or less, 4 times or less, or 3 times or less, based on the volume of the cation exchange resin. However, it is not limited thereto.
일 구체예에서, 상기 단계 (1)은 상온(25℃)보다 높은 온도에서, 예컨대, 55℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 단계 (1)이 수행되는 온도는 55℃ 이상, 60℃ 이상, 65℃ 이상, 70℃ 이상, 75℃ 이상 또는 80℃ 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 단계 (1)이 수행되는 온도는 그 상한에 특별한 제한이 없으나 지나치게 높은 것은 바람직하지 않으며, 예컨대, 120℃ 이하, 115℃ 이하, 110℃ 이하, 105℃ 이하 또는 100℃ 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, the step (1) may be performed at a temperature higher than room temperature (25°C), for example, at a temperature of 55°C or higher. More specifically, the temperature at which step (1) is performed may be 55°C or higher, 60°C or higher, 65°C or higher, 70°C or higher, 75°C or higher, or 80°C or higher, but is not limited thereto. The temperature at which step (1) is performed is not particularly limited in its upper limit, but is not preferably too high. It doesn't work.
일 구체예에서, 상기 단계 (1)에서 상온보다 높은 온도가 유지되는 시간은, 예컨대, 1 내지 12시간일 수 있고, 보다 구체적으로는 2 내지 10시간, 보다 더 구체적으로는 2 내지 6시간일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, the time during which the temperature is maintained higher than room temperature in step (1) may be, for example, 1 to 12 hours, more specifically 2 to 10 hours, and more specifically 2 to 6 hours. may, but is not limited thereto.
상기 단계 (1)에서 강산성 양이온 교환 수지와 알칼리 금속 수산화물 수용액의 접촉은 배치 방식이어도 되고 컬럼 방식이어도 되며, 바람직하게는 배치 방식일 수 있다. 배치 방식의 경우 알칼리 금속 수산화물 수용액의 양은 이온 교환 수지에 대해 2 내지 3 BV(bed volume)일 수 있으며, 이보다 많은 양을 사용해도 되지만 사용되고 남은 알칼리 금속 수산화물 수용액을 처리하는데 추가적은 비용 및 공정이 필요하므로 공정상 비효율적이다.In the above step (1), the contact between the strongly acidic cation exchange resin and the aqueous alkali metal hydroxide solution may be performed in a batch method or a column method, preferably in a batch method. In the case of the batch method, the amount of the alkali metal hydroxide aqueous solution may be 2 to 3 BV (bed volume) for the ion exchange resin, and a larger amount may be used, but additional costs and processes are required to treat the used alkali metal hydroxide aqueous solution Therefore, the process is inefficient.
컬럼 방식으로 접촉시킬 경우, 알칼리 금속 수산화물 수용액을 상기한 온도로 가열하며 수지에 하향류로 통수시키는 것이 좋다. 이 때, 알칼리 수산화물 수용액의 양은 이온 교환 수지에 대해 5 내지 15 BV일 수 있으며, 통액 속도는 공간속도(이하 SV로 약칭함)로 5 내지 10 hr-1일 수 있다. 공간속도가 지나치게 낮으면 컬럼을 통과하는 알칼리 금속 수산화물 수용액이 식어 처리 효과가 감소하고, 지나치게 높으면 사용해야 하는 알칼리 금속 수산화물 수용액의 양이 늘어나 공정상 비효율적이다.In the case of contacting in a column manner, it is preferable to heat the alkali metal hydroxide aqueous solution to the above temperature and pass it through the resin in a downward flow. At this time, the amount of the aqueous alkali hydroxide solution may be 5 to 15 BV with respect to the ion exchange resin, and the passing rate may be 5 to 10 hr -1 in terms of space velocity (hereinafter abbreviated as SV). If the space velocity is too low, the aqueous alkali metal hydroxide solution passing through the column cools down, reducing the treatment effect. If the space velocity is too high, the amount of aqueous alkali metal hydroxide solution to be used increases, making the process inefficient.
상기 단계 (1)의 처리 후에는, 결과물인 양이온 교환 수지를 수세(예컨대, 순수로 반복하여 수세)할 수 있다.After the treatment in step (1), the resultant cation exchange resin may be washed with water (eg, repeatedly washed with pure water).
본 발명의 양이온 교환 수지의 제조방법은, (2) 상기 단계 (1)에서 얻어진 양이온 교환 수지를 상온보다 높은 온도에서 광산 수용액으로 처리하는 단계를 포함한다.The method for producing a cation exchange resin of the present invention includes (2) treating the cation exchange resin obtained in step (1) with an aqueous acid solution at a temperature higher than room temperature.
일 구체예에서, 상기 광산은 염산, 황산, 질산 및 인산으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 저비용으로 취급이 용이한 염산일 수 있다. In one embodiment, the mineral acid may be selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid, preferably hydrochloric acid that is easy to handle at low cost.
일 구체예에서, 상기 광산 수용액의 광산 함량은, 예컨대, 1 내지 10 중량%일 수 있다. 보다 구체적으로, 광산 수용액의 광산 함량은, 예를 들면, 1 중량% 이상, 1.5 중량% 이상, 2 중량% 이상, 또는 2.5 중량% 이상일 수 있고, 또한, 10 중량% 이하, 9 중량% 이하, 8 중량% 이하, 7 중량% 이하 또는 6 중량% 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 광산의 농도가 너무 높을 경우에는, 이온 교환 수지의 처리에 이용하는 장치가 산에 의한 부식을 받거나 이온 교환 수지를 구성하고 있는 화학적 결합의 분해를 일으킬 수 있어 바람직하지 않다.In one embodiment, the acid acid content of the aqueous acid acid solution may be, for example, 1 to 10% by weight. More specifically, the acid acid content of the aqueous acid solution may be, for example, 1% by weight or more, 1.5% by weight or more, 2% by weight or more, or 2.5% by weight or more, and also 10% by weight or less, 9% by weight or less, It may be 8% by weight or less, 7% by weight or less, or 6% by weight or less, but is not limited thereto. When the concentration of the mineral acid is too high, it is undesirable because the equipment used for treating the ion exchange resin may be corroded by the acid or cause decomposition of chemical bonds constituting the ion exchange resin.
일 구체예에서, 상기 광산 수용액의 사용량은, 예컨대, 양이온 교환 수지 체적에 대하여 1 내지 5배일 수 있다. 보다 구체적으로, 광산 수용액의 사용량은, 예를 들면, 양이온 교환 수지 체적에 대하여 1배 이상, 1.5배 이상 또는 2배 이상일 수 있고, 또한, 5배 이하, 4배 이하 또는 3배 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, the amount of the aqueous acid solution used may be, for example, 1 to 5 times the volume of the cation exchange resin. More specifically, the amount of the aqueous acid solution used may be, for example, 1 time or more, 1.5 times or more, or 2 times or more, and may be 5 times or less, 4 times or less, or 3 times or less, based on the volume of the cation exchange resin. Not limited to this.
일 구체예에서, 상기 광산 수용액의 총 금속 불순물 함량은, 예컨대, 0.01 ㎎/L 내지 10 ㎎/L일 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.01 ㎎/L 내지 5 ㎎/L, 보다 구체적으로는 0.01 ㎎/L 내지 3 ㎎/L일 수 있다. 광산 수용액의 총 금속 불순물 함량이 상기 수준보다 높을 경우, 이온 교환 수지 내의 금속 불순물을 저감 시킬 수 없을 뿐만 아니라, 반대로 광산 수용액의 금속 불순물이 수지에 흡착될 수 있다.In one embodiment, the total metal impurity content of the aqueous mineral acid solution may be, for example, 0.01 mg/L to 10 mg/L, more specifically 0.01 mg/L to 5 mg/L, more specifically 0.01 mg /L to 3 mg/L. When the total metal impurity content of the aqueous acid acid solution is higher than the above level, the metal impurities in the ion exchange resin cannot be reduced, and conversely, the metal impurities in the aqueous mineral acid solution may be adsorbed to the resin.
일 구체예에서, 상기 단계 (2)는 상온(25℃)보다 높은 온도에서, 예컨대, 30℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 단계 (1)이 수행되는 온도는 30℃ 이상, 31℃ 이상, 32℃ 이상 또는 33℃ 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 단계 (2)가 수행되는 온도는 그 상한에 특별한 제한이 없으나 지나치게 높은 것은 바람직하지 않으며, 예컨대, 55℃ 이하, 50℃ 이하, 45℃ 이하 또는 40℃ 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, the step (2) may be performed at a temperature higher than room temperature (25°C), for example, at a temperature of 30°C or higher. More specifically, the temperature at which step (1) is performed may be 30 °C or higher, 31 °C or higher, 32 °C or higher, or 33 °C or higher, but is not limited thereto. The temperature at which step (2) is performed is not particularly limited in its upper limit, but is not preferably too high, and may be, for example, 55 ° C or less, 50 ° C or less, 45 ° C or less, or 40 ° C or less, but is not limited thereto.
일 구체예에서, 상기 단계 (2)에서 상온보다 높은 온도가 유지되는 시간은, 예컨대, 1 내지 12시간일 수 있고, 보다 구체적으로는 2 내지 10시간, 보다 더 구체적으로는 2 내지 6시간일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, the time during which the temperature is maintained higher than room temperature in step (2) may be, for example, 1 to 12 hours, more specifically 2 to 10 hours, and more specifically 2 to 6 hours. may, but is not limited thereto.
상기 단계 (2)에서 양이온 교환 수지와 광산 수용액의 접촉은 배치 방식이어도 되고 컬럼 방식이어도 되며, 바람직하게는 배치 방식일 수 있다. 배치 방식의 경우 광산 수용액의 양은 이온 교환 수지에 대해 2 내지 3 BV(bed volume)일 수 있으며, 이보다 많은 양을 사용해도 되지만 사용되고 남은 광산 수용액을 처리하는데 추가적은 비용 및 공정이 필요하므로 공정상 비효율적이다.In the step (2), the contact between the cation exchange resin and the aqueous acid acid solution may be performed in a batch method or a column method, preferably in a batch method. In the case of the batch method, the amount of the aqueous acid solution may be 2 to 3 BV (bed volume) for the ion exchange resin, and a larger amount may be used, but it is inefficient in the process because additional costs and processes are required to treat the remaining aqueous acid solution. am.
컬럼 방식으로 접촉시킬 경우, 광산 수용액을 상기한 온도로 가열하며 수지에 하향류로 통수시키는 것이 좋다. 이 때, 광산 수용액의 양은 이온 교환 수지에 대해 5 내지 15 BV일 수 있으며, 통액 속도는 공간속도(이하 SV로 약칭함)로 5 내지 10 hr-1일 수 있다. 공간속도가 지나치게 낮으면 컬럼을 통과하는 광산 수용액이 식어 처리 효과가 감소하고, 지나치게 높으면 사용해야 하는 광산 수용액의 양이 늘어나 공정상 비효율적이다.In the case of contacting in a column manner, it is preferable to heat the aqueous acid solution to the above temperature and pass it through the resin in a downward flow. At this time, the amount of the aqueous acid acid solution may be 5 to 15 BV with respect to the ion exchange resin, and the liquid passing rate may be 5 to 10 hr -1 in terms of space velocity (hereinafter abbreviated as SV). If the space velocity is too low, the aqueous acid solution passing through the column cools down and the treatment effect is reduced.
상기 단계 (2)의 처리 후에는, 결과물인 양이온 교환 수지를 수세(예컨대, 순수로 반복하여 수세)할 수 있다.After the treatment in step (2), the resultant cation exchange resin may be washed with water (eg, repeatedly washed with pure water).
본 발명의 양이온 교환 수지의 제조방법은, (3) 상기 단계 (2)에서 얻어진 양이온 교환 수지를 초순수로 세척하는 단계를 포함한다.The method for preparing the cation exchange resin of the present invention includes (3) washing the cation exchange resin obtained in step (2) with ultrapure water.
일 구체예에서, 상기 단계 (3)에서는, 총 유기탄소(TOC) 1 ㎍/L(ppb) 이하 및 비저항 18.2 ㏁ㆍ㎝ 이상의 수질을 갖는 초순수가 사용될 수 있다.In one embodiment, in the step (3), ultrapure water having a total organic carbon (TOC) of 1 μg/L (ppb) or less and a specific resistance of 18.2 MΩ·cm or more may be used.
일 구체예에서, 상기 단계 (3)에서는 초순수를 SV=20 hr-1 정도의 유속으로 15~20시간 정도 하향류로 수지에 통액시켜 광산 및 유기물을 제거함과 동시에 금속 불순물의 재오염을 방지할 수 있다.In one embodiment, in the step (3), ultrapure water is passed through the resin in a downward flow for about 15 to 20 hours at a flow rate of about SV = 20 hr -1 to remove mineral acids and organic substances and at the same time prevent recontamination of metal impurities. can
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 본 발명의 방법에 따라 제조된 양이온 교환 수지가 제공된다.According to another aspect of the present invention, a cation exchange resin prepared according to the method of the present invention is provided.
상기 설명한 단계 (1) 내지 (3)을 거친 본 발명의 양이온 교환 수지는 유기탄소 및 금속과 같은 불순물 함량이 극히 적어, 수질 정제에 사용시 금속 불순물 함량이 적고, 총 유기탄소(TOC) 용출이 낮으며, 비저항 값이 우수한 정제수를 제공할 수 있으며, 따라서, 반도체용 초순수의 제조에 특히 적합하게 사용될 수 있다.The cation exchange resin of the present invention, which has undergone the steps (1) to (3) described above, has extremely low content of impurities such as organic carbon and metal, so when used for water purification, the content of metal impurities is low and the elution of total organic carbon (TOC) is low. And, it is possible to provide purified water having an excellent resistivity value, and therefore, it can be particularly suitably used for the production of ultrapure water for semiconductors.
일 구체예에서, 본 발명의 양이온 교환 수지는, 금속 불순물(예컨대, 나트륨 이온, 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 철 이온, 구리 이온, 아연 이온 등) 함량이 5 ㎎/L 이하일 수 있으며, 보다 구체적으로는 4 ㎎/L 이하, 보다 더 구체적으로는 3 ㎎/L 이하일 수 있다.In one embodiment, the cation exchange resin of the present invention may have a metal impurity (eg, sodium ion, calcium ion, magnesium ion, iron ion, copper ion, zinc ion, etc.) content of 5 mg/L or less, more specifically may be 4 mg/L or less, more specifically 3 mg/L or less.
일 구체예에서, 본 발명의 양이온 교환 수지는, 총 유기탄소(TOC) 용출량이 3 ㎍/L(ppb) 이하이고, 비저항이 16 ㏁ㆍ㎝ 이상인 정제수를 제공할 수 있다.In one embodiment, the cation exchange resin of the present invention can provide purified water having a total organic carbon (TOC) elution amount of 3 µg/L (ppb) or less and a specific resistance of 16 MΩ·cm or more.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples and Comparative Examples. However, the scope of the present invention is not limited thereto.
[실시예][Example]
실시예 1Example 1
양이온 교환 수지의 제조Preparation of cation exchange resins
(1) 테플론(Teflon) 재질의 1 L 반응기에 H형 강산성 양이온 교환 수지(TRILITE MC-08HUP) 200 ml를 넣고, 이후 이온 교환 수지의 체적에 대해서 2.5배의 수산화나트륨 3 중량% 수용액을 투입한 후, 반응기 내 온도를 90℃로 가온하여 3시간 동안 온도를 유지하며 교반하였다. 이후 수산화나트륨 수용액을 배수(Drain)하고, 이온 교환 수지의 체적에 대해서 2.5배의 초순수를 반응기에 투입하고 30분 동안 교반한 후, 배수(Drain)하는 과정을 3차례 반복 실시하였다.(1) 200 ml of H-type strong acid cation exchange resin (TRILITE MC-08HUP) was put in a 1 L reactor made of Teflon, and then 2.5 times the volume of ion exchange resin, 3% by weight sodium hydroxide was added. Then, the temperature in the reactor was heated to 90° C., and the mixture was stirred while maintaining the temperature for 3 hours. Thereafter, the sodium hydroxide aqueous solution was drained, 2.5 times the volume of the ion exchange resin, ultrapure water was added to the reactor, stirred for 30 minutes, and the draining process was repeated three times.
(2) 테플론 재질의 1 L 반응기에 상기 (1)에서 수득된 양이온 교환 수지 200 ml를 넣고, 이후 이온 교환 수지의 체적에 대해서 2.5배의 염산 3 중량% 수용액을 투입한 후, 반응기 내 온도를 35℃로 가온하여 3시간 동안 온도를 유지하며 교반하였다. 이후 염산 수용액을 배수(Drain)하고, 이온 교환 수지의 체적에 대해서 2.5배의 초순수를 반응기에 투입하고 30분 동안 교반한 후, 배수(Drain)하는 과정을 3차례 반복 실시하였다.(2) Put 200 ml of the cation exchange resin obtained in (1) in a 1 L reactor made of Teflon, and then add 2.5 times the volume of 3% by weight hydrochloric acid based on the volume of the ion exchange resin. It was heated to 35° C. and stirred while maintaining the temperature for 3 hours. Thereafter, the aqueous hydrochloric acid solution was drained, 2.5 times the volume of the ion exchange resin, ultrapure water was added to the reactor, stirred for 30 minutes, and the draining process was repeated three times.
(3) 컬럼(길이(L) 500mm X 직경(D) 20mm)에 상기 (2)에서 수득된 양이온 교환 수지 100 ml를 충전한 후, 총 유기탄소(TOC) 1 ㎍/L(ppb)이하, 비저항 18.2 ㏁ㆍ㎝ 이상의 수질을 갖는 초순수를 SV=20 hr-1(단위 시간당 이온 교환 수지 체적을 기준으로 통과되는 유체의 체적비)의 속도의 하향류로 20시간 통수하였다.(3) After filling 100 ml of the cation exchange resin obtained in (2) above in a column (length (L) 500 mm X diameter (D) 20 mm), total organic carbon (TOC) of 1 µg/L (ppb) or less, Ultrapure water having a specific resistance of 18.2 ㏁·cm or more was passed for 20 hours in a downward flow at a speed of SV = 20 hr -1 (volume ratio of fluid passing based on the volume of the ion exchange resin per unit time).
비저항 및 총 유기탄소(TOC) 평가Resistivity and total organic carbon (TOC) evaluation
유기체 탄소 농도는 TOC 분석기(Anatel)를 이용하였으며, 컬럼(L 500mm X D 20mm)에 총 유기탄소(TOC) 0.5 내지 1 ㎍/L(ppb)의 초순수를 하향류, SV=30 hr-1로 3시간 통수하고, 컬럼에서 유출되는 처리수의 비저항 및 총 유기탄소(TOC)를 측정하였다.The organic carbon concentration was measured using a TOC analyzer (Anatel), and ultrapure water with a total organic carbon (TOC) of 0.5 to 1 μg/L (ppb) was applied to the column (L 500 mm X D 20 mm) downstream, SV = 30 hr -1 to 3 After passing the time, the resistivity and total organic carbon (TOC) of the treated water flowing out of the column were measured.
양이온 교환 수지 내 금속 함량 평가Evaluation of metal content in cation exchange resins
오염이 되지 않은 테플론 재질의 초자를 사용하여 이온 교환 수지에 고순도의 분석용 염산(금속 불순물 함량이 1 ㎎/L 이하의 것)을 사용하여 이온 교환 수지 내부의 금속 불순물을 용리시키고, 그 용리액을 ICP-MS를 사용하여 분석을 실시하였다. 이 분석치에서 단위 수지량 당 금속 이온 함유량을 산출하였다.The metal impurities inside the ion exchange resin are eluted using high-purity analytical hydrochloric acid (with a metal impurity content of 1 mg/L or less) in the ion exchange resin using a glassware made of non-contaminated Teflon, and the eluent is Analysis was performed using ICP-MS. From this analysis value, the metal ion content per unit resin amount was calculated.
비교예 1Comparative Example 1
이온 교환 수지를 금속 수산화물로 처리하는 단계에 있어서 반응기 내의 온도를 상온으로 유지한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 초순수를 사용한 비저항 및 총 유기탄소(TOC) 용출 평가와 이온 교환 수지 내의 금속 함량 평가를 실시하였다.In the step of treating the ion exchange resin with the metal hydroxide, the same method as in Example 1 was performed, except that the temperature in the reactor was maintained at room temperature. Then, in the same manner as in Example 1, resistivity and total organic carbon (TOC) elution were evaluated using ultrapure water, and metal content in the ion exchange resin was evaluated.
비교예 2Comparative Example 2
이온 교환 수지를 금속 수산화물로 처리하는 단계에 있어서 반응기 내의 온도를 상온으로 유지하고, 이온 교환 수지를 광산 수용액으로 처리하는 단계에 있어서 반응기 내의 온도를 상온으로 유지한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 초순수를 사용한 비저항 및 총 유기탄소(TOC) 용출 평가와 이온 교환 수지 내의 금속 함량 평가를 실시하였다.Except for maintaining the temperature in the reactor at room temperature in the step of treating the ion exchange resin with metal hydroxide and maintaining the temperature in the reactor at room temperature in the step of treating the ion exchange resin with an aqueous acid acid solution, Example 1 and Proceeded in the same way. Then, in the same manner as in Example 1, resistivity and total organic carbon (TOC) elution were evaluated using ultrapure water, and metal content in the ion exchange resin was evaluated.
비교예 3Comparative Example 3
이온 교환 수지를 금속 수산화물로 처리하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 초순수를 사용한 비저항 및 총 유기탄소(TOC) 용출 평가와 이온 교환 수지 내의 금속 함량 평가를 실시하였다.Except that the ion exchange resin was not treated with metal hydroxide, the same procedure as in Example 1 was carried out. Then, in the same manner as in Example 1, resistivity and total organic carbon (TOC) elution were evaluated using ultrapure water, and metal content in the ion exchange resin was evaluated.
비교예 4Comparative Example 4
이온 교환 수지를 금속 수산화물로 처리하지 않고, 광산 수용액으로도 처리하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 초순수를 사용한 비저항 및 총 유기탄소(TOC) 용출 평가와 이온 교환 수지 내의 금속 함량 평가를 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed, except that the ion exchange resin was not treated with a metal hydroxide and was not treated with an aqueous acid acid solution. Then, in the same manner as in Example 1, resistivity and total organic carbon (TOC) elution were evaluated using ultrapure water, and metal content in the ion exchange resin was evaluated.
비교예 5Comparative Example 5
이온 교환 수지를 금속 수산화물로 처리하지 않고, 광산 수용액으로도 처리하지 않으며, 초순수로 세정하지도 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 초순수를 사용한 비저항 및 총 유기탄소(TOC) 용출 평가와 이온 교환 수지 내의 금속 함량 평가를 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed except that the ion exchange resin was not treated with metal hydroxide, was not treated with an aqueous acid acid solution, and was not washed with ultrapure water. Then, in the same manner as in Example 1, resistivity and total organic carbon (TOC) elution were evaluated using ultrapure water, and metal content in the ion exchange resin was evaluated.
초순수를 이용한 비저항 및 총 유기탄소(TOC) 용출 평가 결과치를 표 1에 나타내었고, 이온 교환 수지의 단위 수지량 당 금속 이온 함유량을 산출한 값을 표 2에 나타내었다.Table 1 shows the evaluation results of resistivity and total organic carbon (TOC) elution using ultrapure water, and Table 2 shows the calculated metal ion content per unit resin amount of the ion exchange resin.
[표 1][Table 1]
[표 2][Table 2]
상기 표 1로부터 알 수 있듯이, 실시예 1에서 제조된 양이온 교환 수지를 통과한 정제수는, 비교예 1 내지 5에 비하여, 현저히 낮은 총 유기탄소(△TOC) 유출량(2.9 ㎍/L(ppb) 및 현저히 높은 비저항(16.6 ㏁ㆍ㎝)을 나타내었다. 또한, 상기 표 2로부터 알 수 있듯이, 실시예 1에서 제조된 양이온 교환 수지는, 비교예 2 내지 5에 비하여 금속 함유량이 현저히 낮았다.As can be seen from Table 1, the purified water that passed through the cation exchange resin prepared in Example 1 had a significantly lower total organic carbon (ΔTOC) effluent (2.9 μg/L (ppb) and As can be seen from Table 2, the cation exchange resin prepared in Example 1 had a significantly lower metal content than Comparative Examples 2 to 5.
Claims (8)
(2) 상기 단계 (1)에서 얻어진 양이온 교환 수지를 상온보다 높은 온도에서 광산 수용액으로 처리하는 단계; 및
(3) 상기 단계 (2)에서 얻어진 양이온 교환 수지를 초순수로 세척하는 단계;를 포함하는,
양이온 교환 수지의 제조 방법.(1) treating the strongly acidic cation exchange resin with an alkali metal hydroxide at a temperature higher than room temperature;
(2) treating the cation exchange resin obtained in step (1) with an aqueous mineral acid solution at a temperature higher than room temperature; and
(3) washing the cation exchange resin obtained in step (2) with ultrapure water;
A method for producing cation exchange resins.
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