TW202225131A - 有機溶劑之精製方法 - Google Patents
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Abstract
一種有機溶劑之精製方法,包含:離子交換處理步驟,使被處理有機溶劑接觸於離子交換樹脂;以及蒸餾步驟,將該離子交換處理步驟之處理液蒸餾。根據本發明,能夠提供一種有機溶劑中之金屬雜質及水分的去除性優異的有機溶劑之精製方法。
Description
本發明係關於一種用以獲得金屬雜質含量降低後之高純度的有機溶劑之有機溶劑之精製方法。
有機溶劑中之微量金屬分析係使用ICP-MS。ICP-MS中,於分析測定對象之有機溶劑中的金屬之情況,利用與測定對象相同種類之有機溶劑的空白液,將以已知濃度來添加有金屬之標準液複數階段地進行稀釋,而製作檢量線。此時,以測定對象之有機溶劑中的金屬濃度被包含在檢量線濃度範圍之方式來設定。如此般之方法被稱為絕對檢量線法,該方法重點在於空白液中不含有測定對象之金屬。這是因為若空白液中之金屬濃度高,則背景濃度變高,而使定量下限值上升之故。
由此般情事看來,利用ICP-MS所進行之有機溶劑中的微量金屬分析所使用的空白液中之金屬雜質含量要求要1ppt以下。
又,半導體製造步驟中,由於被包含在洗淨所使用之異丙醇(IPA)之金屬雜質在晶圓上造成不良影響的可能性高,故而有需要將IPA中之雜質含量降低至ppt等級或1ppt以下。
作為精製有機溶劑之方法,例如於專利文獻1揭露有一種方法,係用以自水解性有機溶劑去除離子性污染物質之方法,包含使該水解性有機溶劑與包含陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂之離子交換樹脂的混床接觸之步驟,該陰離子交換樹脂係選自弱鹼性陰離子交換樹脂。
又,專利文獻2揭露有一種方法,係用以自親水性有機溶劑去除離子性污染物質之方法,該方法包含使該親水性有機溶劑與包含陽離子性離子交換樹脂及陰離子性離子交換樹脂之離子交換樹脂的混床接觸之步驟,(a)該陽離子性離子交換樹脂為40至55重量%之具有保水力的氫(H)型強酸陽離子性離子交換樹脂,(b)該陽離子性離子交換樹脂及該陰離子性離子交換樹脂皆具有0.001至0.1cm
3/g之多孔性、0.001至1.7nm平均孔徑、以及0.001至10m
2/g之BET表面積。
專利文獻1及專利文獻2中,藉由使有機溶劑與包含陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂之離子交換樹脂之混床接觸,來進行有機溶劑之精製。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特表2019-509165號公報 [專利文獻2]日本特表2019-509882號號公報
[發明所欲解決之問題]
此外,雖在專利文獻1及專利文獻2所記載之方法中,能進行有機溶劑中之金屬雜質的去除,但存在有要求更高純度之情況。亦即,進一步地要求金屬雜質之去除性優異之有機溶劑之精製方法。
又,由於離子交換樹脂包含有水分,故而即便使用離子交換樹脂,而進行有機溶劑之精製,仍使水分混入至所得之處理液中。於要求高純度之有機溶劑之情況,即便微量的水分,仍產生作為雜質之混入的問題。
又,除雜質去除之外,由於在有機溶劑中,金屬雜質之擴散速度小,又與離子交換樹脂之離子交換反應的反應速度亦小,故而在使用離子交換樹脂進行有機溶劑中之離子性金屬雜質之去除的情況,相較於去除水溶液中之離子性金屬雜質的情況,有需要將相對於離子交換樹脂之通液速度較小設定。例如,於使用強酸性陽離子交換樹脂之處理的情況,不易與以水中相同流速來取得相同金屬去除率。
因此,為了使用離子交換樹脂來精製有機溶劑中之離子性金屬雜質,必須將向離子交換樹脂之通液速度較小設定,故而存在有精製效率低之問題。
從而,本發明之第一目的在於提供一種有機溶劑中之金屬雜質及水分之去除性優異的有機溶劑之精製方法。又,本發明之第二目的在於提供一種有機溶劑中之金屬雜質及水分之去除性優異、並且精製效率高的有機溶劑之精製方法。 [解決問題之手段]
基於如此般之技術背景,本發明人進行努力檢討的結果,發現藉由在進行使被處理有機溶劑接觸於離子交換樹脂的離子交換處理步驟後,進行將離子交換處理步驟之處理液蒸餾之蒸餾步驟,可提高離子性金屬雜質之去除性,並且亦可進行離子交換樹脂中未能去除之金屬微粒子及水分之去除,而完成本發明。
亦即,本發明(1)提供一種有機溶劑之精製方法,包含:離子交換處理步驟,使被處理有機溶劑接觸於離子交換樹脂;以及蒸餾步驟,將該離子交換處理步驟之處理液蒸餾。
又,本發明(2)提供一種如(1)之有機溶劑之精製方法,其中該離子交換處理步驟中,使該被處理有機溶劑至少接觸於H型陽離子交換體。
又,本發明(3)提供一種如(2)之有機溶劑之精製方法,其中該離子交換處理步驟包含:使該被處理有機溶劑接觸於H型強酸性陽離子交換體及陰離子交換體之處理步驟。
又,本發明(4)提供一種如(2)之有機溶劑之精製方法,其中該離子交換處理步驟包含:第一處理步驟,使該被處理有機溶劑接觸於H型陽離子交換體(1);以及第二處理步驟,使該第一處理步驟之處理液接觸於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)。
又,本發明(5)提供一種如(4)之有機溶劑之精製方法,其係藉由使該第一處理步驟之處理液通過於該陰離子交換體(2)與該H型強酸性陽離子交換體(3)之混床,而進行該第二處理步驟。
又,本發明(6)提供一種如(4)之有機溶劑之精製方法,其係藉由使該第一處理步驟之處理液先接觸於該陰離子交換體(2),接著再接觸於該H型強酸性陽離子交換體(3),而進行該第二處理步驟。
又,本發明(7)提供一種如(4)至(6)中任一項有機溶劑之精製方法,其中該H型陽離子交換體(1)為H型螯合交換體。
又,本發明(8)提供一種如(4)至(6)中任一項有機溶劑之精製方法,其中該H型陽離子交換體(1)為H型強酸性陽離子交換體。
又,本發明(9)提供一種如(2)之有機溶劑之精製方法,包含:使被處理有機溶劑接觸於H型螯合交換體與陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)之混床的處理步驟。 [發明之效果]
根據本發明,能夠提供一種有機溶劑中之金屬雜質及水分之去除性優異的有機溶劑之精製方法。又,根據本發明,能夠提供一種有機溶劑中之金屬雜質及水分之去除性優異、並且精製效率高之有機溶劑之精製方法。
本發明之有機溶劑之精製方法具有:離子交換處理步驟,使被處理有機溶劑接觸於離子交換體;以及蒸餾步驟,將該離子交換處理步驟之處理液蒸餾。
本發明之有機溶劑之精製方法至少具有離子交換處理步驟以及蒸餾步驟。
離子交換處理步驟為使被處理有機溶劑接觸於離子交換體之步驟。
作為本發明之有機溶劑之精製方法相關之被處理有機溶劑並無特別限制,可列舉例如:異丙醇、甲醇、乙醇等醇類;環己酮、甲基異丁基酮、丙酮、甲基乙基酮等酮類;2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯、2-苯基-1-丙烯等烯系有機溶劑;N-甲基吡咯烷酮及該等的混合有機溶劑。作為被處理有機溶劑,可為極性有機溶劑及非極性有機溶劑之任一者,較佳為極性有機溶劑。又,作為極性有機溶劑,可為質子性之極性有機溶劑,亦可為非質子性之極性有機溶劑。
被處理有機溶劑含有Na、K、Li等的1價之離子性金屬雜質與Cr、As、Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Pb、Zn等的2價以上之離子性金屬雜質作為金屬雜質。
被處理有機溶劑中之各金屬雜質的含量雖無特別限制,但通常為100質量ppb至20質量ppt左右。
作為本發明之有機溶劑之精製方法相關之離子交換體,可列舉H型陽離子交換體、陰離子交換體。作為H型陽離子交換體,可列舉H型螯合交換體、H型強酸性陽離子交換體。作為陰離子交換體,可列舉強鹼性陰離子交換體、弱鹼性陰離子交換體。
H型螯合交換體係藉由使Na型、Ca型、Mg型等之金屬離子型之螯合交換體與無機酸接觸,來被酸處理,而轉換為H型者。亦即,H型螯合交換體為金屬離子型之螯合交換體的無機酸接觸處理物。
H型螯合交換體所具有之官能基只要為可配位於金屬離子而形成螯合物者,則無特別限制,可列舉例如:亞胺二乙酸基、胺甲基磷酸基、亞胺丙酸基等具有胺基之官能基;硫醇基等。該等當中,就多數之多價金屬離子的去除性變高的方面而言,作為螯合交換體之官能基較佳為具有胺基之官能基,特佳為亞胺二乙酸基、胺甲基磷酸基、亞胺丙酸基。
作為H型螯合交換體,可列舉粒狀之H型螯合交換樹脂。作為H型螯合交換樹脂之基體,可列舉苯乙烯-二乙烯苯共聚物。H型螯合交換樹脂可為凝膠型結構、巨多孔(macroporous)型結構、多孔型結構之任一結構。H型螯合交換樹脂之交換容量較佳為0.5至2.5eq/L-R,特佳為1.0至2.5eq/L-R。H型螯合交換樹脂的平均粒徑(調和平均徑)並無特別限制,較佳為300至1000μm,特佳為500至800μm。此外,H型螯合交換樹脂之平均粒徑係藉由雷射繞射式粒度分布測定裝置所測定之值。
又,作為H型螯合交換體,可列舉H型之有機多孔質螯合交換體。H型之有機多孔質螯合交換體係導入有具有螯合能力之官能基,例如上述所列舉之具有螯合能力之官能基的有機多孔質體。H型之有機多孔質螯合交換體中的交換容量較佳為0.3至2mg當量/mL(水濕潤狀態),特佳為1至2mg當量/mL(水濕潤狀態)。
H型螯合交換體係藉由使Na型、Ca型、Mg型等之金屬離子型之螯合交換體與無機酸接觸來進行酸處理而獲得。作為接觸於金屬離子型之螯合交換體的無機酸,可列舉鹽酸、硫酸、硝酸。該等當中,就安全性之方面而言,作為無機酸較佳為鹽酸、硫酸。又,在自Ca型轉換的情況下,由於有硫酸鈣之析出之虞故而鹽酸為佳。無機酸之濃度較佳為0.1至6N,特佳為1至4N。
作為使無機酸接觸於金屬離子型之螯合交換體的方法,並無特別限制,可適當選擇接觸方式、接觸溫度、接觸時間等。
在使無機酸接觸於金屬離子型之螯合交換體後,將轉換為H型之H型螯合交換體水洗,進行多餘無機酸之去除,但由於螯合交換體中之官能基會藉由與無機酸之氫鍵等來鍵結,故而無法以水洗來完全去除多餘的無機酸。因此,於H型螯合交換體中,會殘留有酸處理所使用之無機酸。
例如,作為金屬離子型之螯合交換樹脂,可列舉:三菱化學公司製造的CR-10、CR-11;Sumika Chemtex公司製造的DuoliteC-467;住友化學公司製造的MC-700;LANXESS公司製造的LewatitTP207、LewatitTP208、LewatitTP260;Purolite公司製造的S930、S950;Organo公司製造的DS-21、DS-22。
H型強酸性陽離子交換體係將磺酸基等之強酸性陽離子交換基轉換為H型者。
作為H型強酸性陽離子交換體,可列舉粒狀之強酸性陽離子交換樹脂。H型強酸性陽離子交換樹脂之基體為苯乙烯-二乙烯苯共聚物。H型強酸性陽離子交換樹脂可為凝膠型結構、巨多孔型結構、多孔型結構之任一結構。H型強酸性陽離子交換樹脂之濕潤狀態的離子交換容量較佳為0.5(eq/L-R)以上,特佳為1.0(eq/L-R)以上。又,H型強酸性陽離子交換樹脂之濕潤狀態的離子交換容量越高則越佳,而可適當選擇。H型強酸性陽離子交換樹脂之調和平均徑較佳為200至900μm,特佳為300至600μm。作為H型強酸性陽離子交換樹脂,可列舉例如:Dow Chemical公司製造的AmberliteIR120B、IR124、200CT252、Amberjet1020、1024、1060、1220;三菱Chemical公司製造的DIAION SK104、SK1B、SK110、SK112、PK208、PK212L、PK216、PK218、PK220、PK228、UBK08、UBK10、UBK12;Organo公司製造的DS-1、DS-4;Purolite公司製造的C100、C100E、C120E、C100x10、C100x12MB、C150、C160、SGC650;Lewatit公司製造的Monoplus S108H、SP112、S1668等。
又,作為H型強酸性陽離子交換體,可列舉H型之有機多孔質強酸性陽離子交換體。H型之有機多孔質強酸性陽離子交換體係導入有強酸性陽離子交換基,例如上述所列舉之強酸性陽離子交換基的有機多孔質體。H型之有機多孔質強酸性陽離子交換體中之交換容量較佳為1至3mg當量/mL(乾燥狀態),特佳為1.5至3mg當量/mL(乾燥狀態)。
陰離子交換體有:具有作為陰離子交換基之強鹼性陰離子交換基之強鹼性陰離子交換體、以及具有作為陰離子交換基之弱鹼性陰離子交換基之弱鹼性陰離子交換體。
作為強鹼性陰離子交換體相關之強鹼性陰離子交換基,可列舉OH型之四級胺基等。又,作為弱鹼性陰離子交換體相關之弱鹼性陰離子交換基,可列舉三級胺基、二級胺基、一級胺基、多胺基等。除此之外,在鹼度高之OH型之陰離子交換體中,對於會產生分解或化學反應般的溶劑亦可使用鹼度低之碳酸鹽型或重碳酸鹽型之陰離子交換體。
作為陰離子交換體,可列舉粒狀之陰離子交換樹脂。陰離子交換樹脂之基體為苯乙烯-二乙烯苯共聚物。陰離子交換樹脂可為凝膠型結構、巨多孔型結構、多孔型結構之任一結構。陰離子交換樹脂之濕潤狀態的離子交換容量較佳為0.5至2(eq/L-R),特佳為0.9至2(eq/L-R)。陰離子交換樹脂之調和平均徑較佳為200至900μm,特佳為300至800μm。作為陰離子交換樹脂,可列舉例如:DowChemical公司製造的AmberliteIRA900、402、96SB、98、Amberjet4400、4002、4010;三菱Chemical公司製造的DIAION UBA120、PA306S、PA308、PA312、PA316、PA318L、WA21J、WA30;Organo公司製造的DS-2、DS-5、DS-6;Purolite公司製造的A400、A600、SGA550、A500、A501P、A502PS、A503、A100、A103S、A110、A111S、A133S;Lewatit公司製造的Monoplus M500、M800、MP62WS、MP64等。
又,作為陰離子交換體,可列舉有機多孔質陰離子交換體。有機多孔質陰離子交換體係導入有陰離子交換基,例如上述所列舉之強鹼性陰離子交換基或弱鹼性陰離子交換基之有機多孔質體。有機多孔質陰離子交換體中之交換容量較佳為1至6mg當量/mL(乾燥狀態),特佳為2至5mg當量/mL(乾燥狀態)。
離子交換處理步驟中,使被處理有機溶劑至少接觸於H型陽離子交換體,較佳為H型強酸性陽離子交換體。
離子交換處理步驟相關之H型陽離子交換體、H型強酸性陽離子交換體為上述H型陽離子交換體、H型強酸性陽離子交換體。
第一形態之離子交換處理步驟(以下,亦記載為離子交換處理步驟(1)。)具有:處理步驟,使被處理有機溶劑接觸於H型強酸性陽離子交換體及陰離子交換體。離子交換處理步驟(1)相關之陰離子交換體可為強鹼性陰離子交換體,亦可為弱鹼性陰離子交換體。
離子交換處理步驟(1)相關之H型強酸性陽離子交換體、陰離子交換體、強鹼性陰離子交換體、弱鹼性陰離子交換體為上述之H型強酸性陽離子交換體、陰離子交換體、強鹼性陰離子交換體、弱鹼性陰離子交換體。
離子交換處理步驟(1)中,作為使被處理有機溶劑接觸於H型強酸性陽離子交換體及陰離子交換體的方法並無特別限制,可列舉例如下述方法:(i)將被處理有機溶劑通過於H型強酸性陽離子交換體與陰離子交換體之混床的方法、(ii)將被處理有機溶劑通過於由前段側之H型強酸性陽離子交換體層與後段側之陰離子交換體層所構成的多床的方法、(iii)首先,將被處理有機溶劑通過於前段之H型強酸性陽離子交換體的單床,接著再將該處理液通過於後段之陰離子交換體的單床的方法、(iv)首先,將被處理有機溶劑通過於前段之陰離子交換體的單床,接著再將該處理液通過於後段之H型強酸性陽離子交換體的單床的方法、(v)將被處理有機溶劑通過於重複有2組以上之前段之H型強酸性陽離子交換體的單床及後段之陰離子交換體的單床之重複單位的多床的方法、(vi)將被處理有機溶劑通過於重複有2組以上之前段之陰離子交換體的單床及後段之H型強酸性陽離子交換體的單床之重複單位的多床的方法。H型強酸性陽離子交換體與陰離子交換體之混床係由H型強酸性陽離子交換體與陰離子交換體之混合物所構成。在H型強酸性陽離子交換體為H型強酸性有機多孔質陽離子交換體之情況下,使用被裁切為任意大小的形狀,例如一邊為3mm左右到10mm左右之立方體的H型強酸性有機多孔質陽離子交換體。又,在陰離子交換體為有機多孔質強酸性陰離子交換體之情況下,使用被裁切為任意大小的形狀,例如一邊為3mm左右到10mm左右之立方體的有機多孔質陰離子交換體。
離子交換處理步驟(1)中,在將被處理有機溶劑通過於H型強酸性陽離子交換體及陰離子交換體時的通液速度(SV)並無特別限制,而可適當選擇,較佳為0.1至50h
-1,特佳為2至30h
-1,更佳為4至25h
-1。
離子交換處理步驟(1)中,在將被處理有機溶劑通過於H型強酸性陽離子交換體及陰離子交換體時的溫度並無特別限制,而可適當選擇,通常為0至50℃。
第二形態之離子交換處理步驟(以下,亦記載為離子交換處理步驟(2)。)具有:第一處理步驟,使被處理有機溶劑接觸於H型螯合交換體(1a);以及第二處理步驟,使該第一處理步驟之處理液接觸於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)。
離子交換處理步驟(2)相關之H型螯合交換體、陰離子交換體、H型強酸性陽離子交換體為上述H型螯合交換體、陰離子交換體、H型強酸性陽離子交換體。
離子交換處理步驟(2)相關之第一處理步驟係使被處理有機溶劑接觸於H型螯合交換體(1a)的步驟。
離子交換處理步驟(2)相關之第一處理步驟中,係藉由使被處理有機溶劑接觸於H型螯合交換體(1a),以H型螯合交換體(1a)來處理被處理有機溶劑,而去除被處理有機溶劑中主要為2價以上的金屬、以及部分1價的金屬。
離子交換處理步驟(2)相關之第一處理步驟中,在將被處理有機溶劑通過於H型螯合交換體(1a)時的通液速度(SV)並無特別限制,而可適當選擇,較佳為0.1至50h
-1,特佳為2至30h
-1,更佳為4至25h
-1。
離子交換處理步驟(2)相關之第一處理步驟中,在將被處理有機溶劑通過於H型螯合交換體(1a)時的溫度並無特別限制,而可適當選擇,通常為0至50℃。又,依據被處理有機溶劑之種類,第一處理步驟中,亦有在0至80℃下將被處理有機溶劑通過於H型螯合交換體(1a)之情形。
離子交換處理步驟(2)相關之第二處理步驟係使第一處理步驟之處理液接觸於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)的步驟。
離子交換處理步驟(2)相關之第二處理步驟中,係藉由使第一處理步驟之處理液接觸於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3),以陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)來處理被處理有機溶劑,而去除在第一處理步驟中以H型螯合交換體(1a)無法完全去除之1價的金屬之殘留部分與自H型螯合交換體(1a)所釋放出之無機酸。又,對於陰離子交換體之再生而言,雖會使用NaOH作為再生劑,但若在再生後進行充分洗淨,則幾乎不會在陰離子交換體中殘留NaOH。第二處理步驟中,即便有在陰離子交換體(2)之再生後的洗淨差,而自陰離子交換體(2)溶出再生劑所使用之NaOH的殘留物般之情事,第二處理步驟中之H型強酸性陽離子交換體(3)仍可去除Na。
離子交換處理步驟(2)相關之第二處理步驟中,將第一處理步驟之處理液通過於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)時的通液速度(SV)並無特別限制,而可適當選擇,較佳為0.1至100h
-1,特佳為2至50h
-1。
離子交換處理步驟(2)相關之第二處理步驟中,將第一處理步驟之處理液通過於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)時的溫度並無特別限制,而可適當選擇,通常為0至50℃。又,依據被處理有機溶劑之種類,第二處理步驟中,亦有在0至80℃下將第一處理步驟之處理液通過於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)的情形。第二處理步驟中,在60至80℃下將第一處理步驟之處理液通過於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)的情況下,若使用強鹼性陰離子交換體(2a)作為陰離子交換體(2),則強鹼性陰離子交換體(2a)易於分解,故而使用弱鹼性陰離子交換體(2b)作為陰離子交換體(2)。
離子交換處理步驟(2)中,作為使第一步驟之處理液接觸於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)的方法並無特別限制,可列舉例如下述方法:(i)將被處理有機溶劑通過於陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)之混床的方法、(ii)將被處理有機溶劑通過於由前段側之陰離子交換體(2)層與後段側之H型強酸性陽離子交換體(3)層所構成之多床的方法、(iii)首先,將被處理有機溶劑通過於前段之陰離子交換體(2)的單床,接著再將該處理液通過於後段之H型強酸性陽離子交換體(3)的單床的方法、(iv)首先,將被處理有機溶劑通過於前段之H型強酸性陽離子交換體(3)的單床,接著再將該處理液通過於後段之陰離子交換體(2)的單床的方法、(v)將被處理有機溶劑通過於重複有2組以上之前段之陰離子交換體(2)的單床及後段之H型強酸性陽離子交換體(3)的單床之重複單位的多床的方法、(vi)將被處理有機溶劑通過於重複有2組以上之前段之H型強酸性陽離子交換體(3)的單床及後段之陰離子交換體(2)的單床之重複單位的多床的方法。陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)之混床係由陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)之混合物所構成。在陰離子交換體(2)為有機多孔質陰離子交換體的情況,使用裁切為任意大小的形狀,例如一邊3mm左右到10mm左右之立方體的有機多孔質陰離子交換體。又,在H型強酸性陽離子交換體(3)為有機多孔質強酸性陽離子交換體的情況,使用裁切為任意大小的形狀,例如一邊3mm左右到10mm左右之立方體的有機多孔質強酸性陽離子交換體。
第三形態之離子交換處理步驟(以下,亦記載為離子交換處理步驟(3)。)具有:第一處理步驟,使被處理有機溶劑接觸於H型強酸性陽離子交換體(1b);以及第二處理步驟,使該第一處理步驟之處理液接觸於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)。
離子交換處理步驟(3)相關之H型強酸性陽離子交換體、陰離子交換體為上述H型強酸性陽離子交換體、陰離子交換體。
離子交換處理步驟(3)相關之第一處理步驟係使被處理有機溶劑接觸於H型強酸性陽離子交換體(1b)的步驟。
離子交換處理步驟(3)相關之第一處理步驟中,係藉由使被處理有機溶劑接觸於H型強酸性陽離子交換體(1b),以H型強酸性陽離子交換體(1b)來處理被處理有機溶劑,而去除被處理有機溶劑中之部分2價以上的金屬、以及部分1價的金屬。
離子交換處理步驟(3)相關之第一處理步驟中,將被處理有機溶劑通過於H型強酸性陽離子交換體(1b)時的通液速度(SV)並無特別限制,而可適當選擇,較佳為0.1至100h
-1,特佳為2至50h
-1。
離子交換處理步驟(3)相關之第一處理步驟中,將被處理有機溶劑通過於H型強酸性陽離子交換體(1b)時的溫度並無特別限制,而可適當選擇,通常為0至50℃。又,依據被處理有機溶劑之種類,第一處理步驟中,亦有在0至80℃下將被處理有機溶劑通過於H型強酸性陽離子交換體(1b)之情形。
離子交換處理步驟(3)相關之第二處理步驟係使第一處理步驟之處理液接觸於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)的步驟。
離子交換處理步驟(3)中,第一處理步驟所使用之H型強酸性陽離子交換體(1b)與第二處理步驟所使用之H型強酸性陽離子交換體(3)可為相同種類之H型強酸性陽離子交換體,亦可為不同種類之H型強酸性陽離子交換體。
離子交換處理步驟(3)相關之第二處理步驟中,係藉由使第一處理步驟之處理液接觸於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3),以陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)來處理被處理有機溶劑,而去除第一處理步驟中以H型強酸性陽離子交換體(1b)無法完全去除之2價以上的金屬之殘留部分與1價的金屬之殘留部分。又,第二處理步驟中,陰離子交換體會去除存在有Cr或As等的具有陰離子形態之金屬離子之可能性的金屬或是無機酸或有機酸等的酸。
然後,離子交換處理步驟(3)中,係藉由進行在使被處理有機溶劑暫時接觸於H型強酸性陽離子交換體後,再次接觸於H型強酸性陽離子交換體的所謂兩階段以上之接觸,相較於使被處理有機溶劑接觸於相同量之H型強酸性陽離子交換體的情況,2價以上的金屬之去除率變高。
離子交換處理步驟(3)相關之第二處理步驟中,在將第一處理步驟之處理液通過於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)時的通液速度(SV)並無特別限制,而可適當選擇,較佳為0.1至100h
-1,特佳為2至50h
-1。
離子交換處理步驟(3)相關之第二處理步驟中,在將第一處理步驟之處理液通過於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)時的溫度並無特別限制,而可適當選擇,通常為0至50℃。又,依據被處理有機溶劑之種類,在第二處理步驟中,亦有在0至80℃下將第一處理步驟之處理液通過於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)之情形。第二處理步驟中,在0至80℃下,將第一處理步驟之處理液通過於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)的情況下,若使用強鹼性陰離子交換體(2a)作為陰離子交換體(2),則強鹼性陰離子交換體(2a)易於分解,故而使用弱鹼性陰離子交換體(2b)作為陰離子交換體(2)。
離子交換處理步驟(3)中,作為使第一步驟之處理液接觸於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)的方法並無特別限制,可列舉例如下述方法:(i)將被處理有機溶劑通過於陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)之混床的方法、(ii)將被處理有機溶劑通過於由前段側之陰離子交換體(2)層與後段側之H型強酸性陽離子交換體(3)層所構成的多床的方法、(iii)首先,將被處理有機溶劑通過於前段之陰離子交換體(2)的單床,接著再將該處理液通過於後段之H型強酸性陽離子交換體(3)的單床的方法、(iv)首先,將被處理有機溶劑通過於前段之H型強酸性陽離子交換體(3)的單床,接著再將該處理液通過於後段之陰離子交換體(2)的單床的方法、(v)將被處理有機溶劑通過於重複有2組以上之前段之陰離子交換體(2)的單床及後段之H型強酸性陽離子交換體(3)的單床之重複單位的多床的方法、(vi)將被處理有機溶劑通過於重複有2組以上之前段之H型強酸性陽離子交換體(3)的單床及後段之陰離子交換體(2)的單床之重複單位的多床的方法。陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)的混床係由陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)之混合物所構成。在陰離子交換體(2)為有機多孔質陰離子交換體的情況下,使用裁切為任意大小之形狀,例如一邊3mm左右到10mm左右之立方體的有機多孔質陰離子交換體。又,在H型強酸性陽離子交換體(3)為有機多孔質強酸性陽離子交換體的情況下,使用裁切為任意大小之形狀,例如一邊3mm左右到10mm左右之立方體的有機多孔質強酸性陽離子交換體。
第四形態之離子交換處理步驟(以下,亦記載為離子交換處理步驟(4)。)具有:處理步驟(3),使被處理有機溶劑接觸於H型螯合交換體(1a)與陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)的混床。
離子交換處理步驟(4)相關之H型螯合交換體、陰離子交換體、H型強酸性陽離子交換體為上述H型螯合交換體、陰離子交換體、H型強酸性陽離子交換體。
離子交換處理步驟(4)係使被處理有機溶劑接觸於H型螯合交換體(1a)與陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)的混床之步驟。
離子交換處理步驟(4)相關之H型螯合交換體(1a)與陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)的混床係由H型螯合交換體(1a)與陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)的混合物所構成。此外,在H型螯合交換體(1a)為H型之有機多孔質螯合交換體的情況下,使用裁切為任意大小之形狀,例如一邊3mm左右到10mm左右之立方體之H型的有機多孔質強酸性螯合交換體。在陰離子交換體(2)為有機多孔質陰離子交換體的情況下,使用裁切為任意大小之形狀,例如一邊3mm左右到10mm左右之立方體的有機多孔質陰離子交換體。又,在H型強酸性陽離子交換體(3)為有機多孔質強酸性陽離子交換體的情況下,使用裁切為任意大小之形狀,例如一邊3mm左右到10mm左右之立方體的有機多孔質強酸性陽離子交換體。
離子交換處理步驟(4)中,係藉由使被處理有機溶劑接觸於H型螯合交換體(1a)與陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)的混床,以H型螯合交換體(1a)與陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)的混床處理被處理有機溶劑,而去除被處理有機溶劑中之2價以上的金屬與1價的金屬。又,處理步驟(3)中,陰離子交換體(2)會於被處理有機溶劑去除自H型螯合交換體(1a)所釋放出之無機酸。
離子交換處理步驟(4)中,將被處理有機溶劑通過於H型螯合交換體(1a)與陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)的混床時的通液速度(SV)並無特別限制,而可適當選擇,較佳為0.1至50h
-1,特佳為2至30h
-1,更佳為4至25h
-1。
離子交換處理步驟(4)中,將被處理有機溶劑通過於H型螯合交換體(1a)與陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)的混床(3)時的溫度並無特別限制,而可適當選擇,通常為0至50℃。又,依據被處理有機溶劑的種類,離子交換處理步驟(4)中,亦有在0至80℃下,將被處理有機溶劑通過於H型螯合交換體(1a)與陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)的混床之情形。在離子交換處理步驟(4)中,在0至80℃下,將被處理有機溶劑通過於H型螯合交換體(1a)與陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)的混床之情況下,若使用強鹼性陰離子交換體(2a)作為陰離子交換體(2),則強鹼性陰離子交換體(2a)易於分解,故而使用弱鹼性陰離子交換體(2b)作為陰離子交換體(2)。
離子交換處理步驟(2)或離子交換處理步驟(4)中,陰離子交換體(2)之體積相對於H型螯合交換體(1a)之體積的比例((陰離子交換體(2)之體積/H型螯合交換體(1a)之體積)×100)較佳為0.1至99.0體積%,更佳為0.1至70.0體積%,特佳為0.1至50.0體積%。
離子交換處理步驟(2)或離子交換處理步驟(4)中,強酸性陽離子交換體(3)之體積相對於H型螯合交換體(1a)之體積的比例((強酸性陽離子交換體(3)之體積/H型螯合交換體(1a)之體積)×100)較佳為0.1至99.0體積%,更佳為0.1至70.0體積%,特佳為0.1至50.0體積%。
作為H型陽離子交換體(H型螯合交換體(1a)、強酸性陽離子交換體(1b))、陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3),導入有離子交換基之基體可為有機多孔質體。於以下說明本發明相關之有機多孔質體。
有機多孔質離子交換體導入有H型螯合交換基、強酸性陽離子基或陰離子交換基。亦即,於有機多孔質體導入有H型螯合交換基者為H型之有機多孔質螯合交換體(1a),又,於有機多孔質體導入有H型之強酸性陽離子交換基者為H型之有機多孔質強酸性陽離子交換體(1b)或(3),又,於有機多孔質體導入有陰離子交換基者為有機多孔質陰離子交換體。此外,被導入至有機多孔質離子交換體的官能基與被導入至上述H型陽離子交換體(H型螯合交換體(1a)、強酸性陽離子交換體(1b))、陰離子交換體(2)或H型強酸性陽離子交換體(3)的官能基相同。
作為有機多孔質離子交換體,可列舉例如由連續骨架相與連續空孔相所構成,連續骨架之厚度為1至100μm,連續空孔之平均直徑為1至1000μm,全細孔容積為0.5至50mL/g,並導入有離子交換基(螯合交換基、H型強酸性陽離子交換基或陰離子交換基),在乾燥狀態下的每單位重量之離子交換容量為1至6mg當量/g,且離子交換基均勻地分布於有機多孔質離子交換體中之有機多孔質離子交換體(以下,亦記載為第一形態的有機多孔質離子交換體。)。
作為第一形態之有機多孔質離子交換體,可列舉具有氣泡狀之巨孔彼此重疊,該重疊部分呈平均直徑1至1000μm的開口之連續氣泡結構,全細孔容積為1至50mL/g,並導入有離子交換基,在乾燥狀態下的每單位重量之離子交換容量為1至6mg當量/g,離子交換基均勻地分布於有機多孔質離子交換體中的有機多孔質離子交換體。
又,作為第一形態之有機多孔質離子交換體,可列舉氣泡狀之巨孔彼此重疊,該重疊部分呈平均直徑30至300μm之開口的連續巨孔結構體,全細孔容積為0.5至10mL/g,並導入有陽離子交換基或陰離子交換基,在乾燥狀態下的每單位重量之離子交換容量為1至6mg當量/g,離子交換基均勻地分布於有機多孔質離子交換體中,且連續巨孔結構體(乾燥體)的切剖面之SEM影像中,剖面所顯示之骨架部面積為影像區域中25至50%的有機多孔質離子交換體。
又,作為第一形態之有機多孔質離子交換體,可列舉下列之有機多孔質離子交換體:該有機多孔質離子交換體係由在導入有離子交換基(螯合交換基、H型強酸性陽離子交換基或陰離子交換基)的全部構成單元中含有0.1至5.0莫耳%交聯結構單元之芳香族乙烯聚合物所構成之平均粗度為1至60μm的三維連續之骨架以及於該骨架間平均直徑為10至200μm的三維連續之空孔構成之共連續結構體,且全細孔容積為0.5至10mL/g,並導入有陽離子交換基,在乾燥狀態下的每單位重量的離子交換容量為1至6mg當量/g,離子交換基均勻地分布於有機多孔質離子交換體中。
蒸餾步驟係將進行離子交換處理步驟所得之離子交換處理步驟的處理液蒸餾之步驟。
蒸餾步驟中,作為將離子交換處理步驟之處理液蒸餾的方法並無特別限制,若為簡單蒸餾,則可列舉:使用沸騰型之蒸餾裝置來將離子交換處理步驟之處理液蒸餾的方法、使用非沸騰型之蒸餾裝置來將離子交換處理步驟之處理液蒸餾的方法。作為蒸餾方法,可使用精密蒸餾或是減壓或真空蒸餾。就分離精製之性能高度方面看來,作為蒸餾方法較佳為精密蒸餾。
就不溶出金屬之方面而言,蒸餾裝置之接液部較佳為以四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚之共聚物(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)等的氟樹脂來形成或塗佈。若金屬未去除或未向測定對象溶出,則接液部之材質亦可以石英等的礦物來形成或塗佈。
蒸餾步驟中之蒸餾條件可依據有機溶劑的種類、沸點、蒸餾前的雜質濃度或蒸餾後的雜質降低目標濃度等,而適當選擇。
在使用有因熱產生分解或改質之可能性的有機溶劑的情況,最好是使用非沸騰型蒸餾裝置以有機溶劑之沸點以下的低溫度花費時間來進行蒸餾。亦可使用減壓蒸餾,使溶劑之沸點下降來進行蒸餾。
本發明之有機溶劑之精製方法係藉由在離子交換處理步驟後,進行蒸餾步驟,而使金屬雜質之去除性變高。又,本發明之有機溶劑之精製方法中,例如,即便水自離子交換處理步驟中所使用之離子交換體混入至有機溶劑,仍可在蒸餾步驟中去除水,故而水分之去除性優異。
除此之外,由於金屬微粒子並非離子,故而在僅以離子交換樹脂進行精製的情況,無法去除金屬微粒子。針對於此,本發明之有機溶劑之精製方法中,可在蒸餾步驟中去除金屬微粒子,故而金屬雜質之去除性變高。
又,有機溶劑中,有時會包含有於其製造步驟中所生成或殘留之副產物,例如於丙二醇單甲醚(PGME)之製造中的丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)、或於異丙醇(IPA)之製造中的丙酮等副產物、自有機溶劑之製造裝置或精製裝置中所使用之樹脂部材的溶出物這類的有機雜質。本發明之有機溶劑之精製方法中,可在蒸餾步驟中去除如此般之有機雜質,故而有機雜質之去除性變高。
又,由於有機溶劑中,金屬雜質之擴散速度小,且與離子交換樹脂之離子交換反應的反應速度亦小,故而在僅以離子交換樹脂進行有機溶劑之精製的情況,為了提高離子性金屬雜質之去除率,需要減緩有機溶劑朝離子交換樹脂之通液速度。針對於此,本發明之有機溶劑之精製方法中,由於在離子交換處理步驟後還有蒸餾步驟,故而即便因為在離子交換處理步驟中提高有機溶劑朝離子交換體之通液速度,而使離子性金屬雜質之去除性變低,離子交換處理步驟中離子性金屬雜質之去除量變低的部分仍會以之後的蒸餾步驟中之蒸餾來去除離子性金屬雜質,藉此,由於在離子交換處理步驟中已提高有機溶劑朝離子交換體之通液速度,故而可以蒸餾步驟來補足離子性金屬雜質之去除性變低的部分。因此,本發明之有機溶劑之精製方法中,可在藉由提高有機溶劑朝離子交換體之通液速度,而能以蒸餾步驟來補足離子性金屬雜質之去除性變低的部分之範圍內,提高離子交換處理步驟中有機溶劑朝離子交換體之通液速度,故而本發明之有機溶劑之精製方法可以高精製效率來獲得高純度的有機溶劑。
本發明之有機溶劑之精製方法中,離子交換處理步驟為離子交換處理步驟(2)及(4)之形態會使用H型螯合交換體作為H型陽離子交換體。該H型螯合交換體在強酸性陽離子交換樹脂中去除率差,進而,部分存在有於有機溶劑中具有陰離子形態之可能性的Cr等的2價以上之金屬的去除性高。因此,本發明之有機溶劑之精製方法中,離子交換處理步驟為離子交換處理步驟(2)及(4)之形態係Cr等的2價以上之金屬的去除性變高。
進行本發明之有機溶劑之精製方法所得之精製有機溶劑中的各金屬含量可依據精製後之有機溶劑的用途而適當選擇,較佳為都在10ng/L以下。亦即,進行本發明之有機溶劑之精製方法所得之精製有機溶劑中之2價以上的各金屬之含量可依據精製後之有機溶劑的用途而適當選擇,較佳為都在10ng/L以下,並且1價的金屬之含量可依據精製後之有機溶劑的用途而適當選擇,較佳為都在10ng/L以下。
進而,根據本發明之有機溶劑之精製方法,能夠進行1ng/L以下之雜質等級的精製,故而進行本發明之有機溶劑之精製方法所得之精製有機溶劑適用於作為為了進行微量金屬分析用之檢量線調製所使用的標準液之稀釋用溶劑(檢量線用空白液)、樣本之稀釋用溶劑、器具或分析裝置之洗淨用溶劑。本發明之有機溶劑之精製方法中,由於離子交換處理步驟為離子交換處理步驟(1)、(2)、(3)及(4)之形態為陽離子交換體與陰離子交換體之組合,故而除了離子性金屬雜質之外,亦可去除酸及陰離子類,故而亦適用於離子層析法所使用之檢量線用空白液。作為進行本發明之有機溶劑之精製方法所得之精製有機溶劑的用途,可列舉:半導體製造步驟中之稀釋用溶劑、溶解用溶劑、洗淨用溶劑、乾燥用溶劑等。 [實施例]
以下,基於實施例詳細說明本發明。然而,本發明並不限於以下實施例。
<被處理有機溶劑1> 使用將作為被處理有機溶劑1之市售的丙二醇單甲醚(PGME EL Grade,昭和電工製造)密封保管於金屬製容器,而使金屬濃度增加的樣本。於表1顯示各金屬雜質含量。
(實施例1) (離子交換處理步驟) 將以體積比例3:1:1來混合H型螯合交換樹脂(DS-21)、OH型強鹼性陰離子交換樹脂(DS-2)、H型強酸性陽離子交換樹脂(DS-1)後的混合物50mL填充於內徑16mm、高度300mm的管柱(H型C/OH型A/H型K混床1)。 接著,將被處理有機溶劑1以SV5h
-1來通過於H型C/OH型A/H型K混床1,且通過20BV(樹脂體積的20倍量)時,獲得處理液1000mL。 ・H型螯合交換樹脂:H型之胺磷酸型螯合樹脂(Organo公司製造的ORLITE DS-21(陽離子交換容量1.8eq/L-樹脂、調和平均徑500μm)) ・OH型強鹼性陰離子交換樹脂(DS-2):Organo公司製造的陰離子交換容量1.0eq/L-樹脂 ・H型強酸性陽離子交換樹脂(DS-1):Organo公司製造的陽離子交換容量2.0eq/L-樹脂
(蒸餾步驟) 接著,使用非沸騰型蒸餾裝置(Evapoclean,IAS股份有限公司製造),將離子交換處理步驟之處理液以70℃、18小時的條件下進行蒸餾,獲得處理液100mL。
(分析) 接著,測定所得之處理液的金屬含量。於表1顯示其結果。又,在測定水分含量時,水分含量為300ppm。 <水分測定> 使用Aquacounter AQ-2200(平沼產業股份有限公司製造),測定水分含量。
(比較例1) 與實施例1同樣地進行離子交換處理步驟,獲得處理液1000mL。 接著,測定所得之處理液的金屬含量。於表1顯示其結果。又,在測定水分含量時,水分含量為320質量ppm。 亦即,比較例1中,係進行離子交換處理步驟,但未進行蒸餾步驟。
(比較例2) 使用非沸騰型蒸餾裝置(Evapoclean,IAS股份有限公司製造),將被處理有機溶劑1以80℃、18小時的條件下進行蒸餾,獲得處理液100mL。接著,測定所得之處理液的金屬含量。於表1顯示其結果。又,在測定水分含量時,水分含量為280ppm。 亦即,比較例2中,係進行蒸餾步驟,但未進行離子交換處理步驟。
由實施例1、比較例1及2的結果看來,藉由組合離子交換樹脂精製與蒸餾,相較於離子交換樹脂精製、蒸餾精製之分別單獨之精製,能夠將金屬雜質濃度降低至更低濃度。
[表1]
被處理有機溶劑1 | 比較例1 (樹脂) | 比較例2 (蒸餾) | 實施例1 (樹脂+蒸餾) | |
元素 (ng/L) | ||||
Li | 2.0 | <1 | <1 | <1 |
Na | 214800.0 | <1 | 22.7 | <1 |
Mg | 481.0 | <1 | <1 | <1 |
Al | 33.0 | <1 | <1 | <1 |
K | 3760.0 | <1 | 2.8 | <1 |
Ca | 5186.0 | 1.4 | <1 | <1 |
Ti | 6.8 | <1 | <1 | <1 |
V | 1.0 | <1 | <1 | <1 |
Cr | 59.0 | <1 | <1 | <1 |
Mn | 65.0 | <1 | <1 | <1 |
Fe | 44280.0 | 4.8 | 2.4 | <1 |
Ni | 652.0 | <1 | <1 | <1 |
Cu | 1238.0 | <1 | <1 | <1 |
Zn | 1011.0 | 1.1 | <1 | <1 |
Au | 20.0 | <1 | <1 | <1 |
Ba | 20.0 | <1 | <1 | <1 |
Pb | 45.0 | <1 | <1 | <1 |
Claims (9)
- 一種有機溶劑之精製方法,包含: 離子交換處理步驟,使被處理有機溶劑接觸於離子交換體;以及 蒸餾步驟,將該離子交換處理步驟之處理液蒸餾。
- 如請求項1記載之有機溶劑之精製方法,其中, 該離子交換處理步驟中,使該被處理有機溶劑至少接觸於H型陽離子交換體。
- 如請求項2記載之有機溶劑之精製方法,其中, 該離子交換處理步驟包含:使該被處理有機溶劑接觸於H型強酸性陽離子交換體及陰離子交換體的處理步驟。
- 如請求項2記載之有機溶劑之精製方法,其中該離子交換處理步驟包含: 第一處理步驟,使該被處理有機溶劑接觸於H型陽離子交換體(1);以及 第二處理步驟,使該第一處理步驟之處理液接觸於陰離子交換體(2)及H型強酸性陽離子交換體(3)。
- 如請求項4記載之有機溶劑之精製方法,其中, 藉由將該第一處理步驟之處理液通過於該陰離子交換體(2)與該H型強酸性陽離子交換體(3)之混床,而進行該第二處理步驟。
- 如請求項4記載之有機溶劑之精製方法,其中, 藉由使該第一處理步驟之處理液先接觸於該陰離子交換體(2),接著再接觸於該H型強酸性陽離子交換體(3),而進行該第二處理步驟。
- 如請求項4至6中任一項記載之有機溶劑之精製方法,其中, 該H型陽離子交換體(1)為H型螯合交換體。
- 如請求項4至6中任一項記載之有機溶劑之精製方法,其中 該H型陽離子交換體(1)為H型強酸性陽離子交換體。
- 如請求項2記載之有機溶劑之精製方法,更包含: 使被處理有機溶劑接觸於H型螯合交換體與陰離子交換體(2)與H型強酸性陽離子交換體(3)之混床的處理步驟。
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