TWI293619B - Method and apparatus for generating electrolytic gas - Google Patents

Description

1293619 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種藉著進行電氣分解而產生臭氧氣 體的電解氣體產生方法及電解氣體產生裝置，更詳言之， 係有關於臭氧之產生更穩定，而且產生高濃度臭氧氣體的 電解氣體產生方法及電解氣體產生裝置。 【先前技術】 藉由電解水以產生臭氧氣體的方法已施行了百年以上 之久 以在的溶液電解法係將含有高陰電性 (Electr0negativity )之陰離子的液體電解以產生臭氧，然 而近年來P現著面分子固體電解質的發達，已製造出採用 高分子固體電解質之水電解的臭氧產生裝置，纟已於市面 上鎖售。 厌石頁酉夂糸（perfluorocarb〇nsulf〇nicacid)陽痛 子交換膜為固體電解質，而使其兩《接陽極、陰極之戶 謂零點電容式（zero capacity)之水電 簡單且處理容易，加上σ右#气 > 〜 田m I决 有大虱軋肢會產生腐蝕性，因* 分。 產生六、虱的方法中幾乎佔了絕大崔 臭氧氣體濃度為2〇%左右，盆 的氧氣，是幾乎石八係含有飽和權 因此，力机# 、手匕、虱的此合氣體。 在杈囷領域方面，甚至最近在 領域方面亦廣為利 千冷肢洗淨作| -马和用臭乳。相較於以氧 高頻南壓以產生自气 糟由施力 I王六虱的無耸放電法，复 其雖具有使消耗電今' 315294 5 1293619 稍被變大的缺點，不過，由於臭氧氣體濃度較高，因此溶 ' 解方；超純水的溶解度較高，而具有可以高純度來簡單製造 高濃度之臭氧的優點。 - ，“、丨而半^"體遂、度越南則越要求微細化，因此清洗作 業的精確性在近年來尤其備受要求。 此外，超純水的水質亦隨同微細化而提升，因而逐漸 ,形成產生完全不含有金屬或有機物的超超純水並加以使用 的趨勢。 ▲ 在藉由電解來產生臭氧的過程中，由於到目前為止係 藉由作為原料之純水的水質發生變化，以影響臭氧氣體的 產生，因此使得電解電壓產生變化，或使臭氧氣體濃度發 - 生變動。 尤其疋，臭氧氣體濃度的變動會造成清洗作業的不穩 定性，而形成清洗不良的原因，因此極度需求臭氧氣體濃 度的穩定（專利文獻1 )。 ^ (專利文獻1 ) 曰本專利特開2002] 66279號公報(第i頁至第5頁、 • 第1圖至第2圖） 、 【發明内容】 本毛明之目的在於提供一種可解決上述習知技術之問 •題點，亚可長期連續性且恒常獲得穩定之高濃度臭氧的電 • 解氣體產生方法及電解氣體產生裝置。 為解決上述問題點且達成目的，本發明之構成如τ所 述0 6 315294 1293619 笔解氣體產生方法係使在離子交換膜的兩側 分別密捲西i7 W > 、、士 置夕孔質陽極物質以及陰極物質，且藉由將前 t^ 乂換膜作為固體電解質而進行電解的方式，而由陽 極側製造臭氧氣體與氧氣，且由陰極側製造氫氣的電解氣 生方、、兵 ^ ’ ，其中，於供應至陽極側之純水的導管與碳酸 氣體接觸’而將前述純水供應作為碳酸水。 八本發明之電解氣體產生方法係使在離子交換膜的兩側 分，密接配置多孔質陽極物質以及陰極物質，1藉由將前 述離Z交換膜作為固體電解質而進行電解的方式，而由陽 :側製造臭氧氣體與氧氣，1由陰極側製造氫氣的電解氣 丑產生方法，其中，於供應至陽極側之純水的導管與碳酸 氣體接觸’而將前述純水供應作為混合碳酸氣體的碳酸 水。 本發明之電解氣體產生裝置，係使在離子交換膜的兩 側分別密接配置多孔質陽極物質以及陰極物質，且藉由將 丽述離子交換膜作為固體電解質而進行電解的方式，而由 陽極側製造臭氧氣體與氧氣，且由陰極側製造氫氣的電解 氣體產生裝置，其中’具有將碳酸氣體與供應至陽極側的 純水接觸，而使純水成為碳酸水的構造。 本發明之電解氣體產生裝置，係在離子交換膜的兩側 分別密接配置多孔質陽極物質以及陰極物質，且藉由將前 述離子交換膜作為固體電解質而進行電解的方式，而由陽 極側製造臭氧氣體與氧氣，且由陰極側製造氫氣的電解氣 體產生裝置，其中，具有將碳酸氣體與供應至陽極側的^ 315294 7 1293619 水接觸， 、 而使純水成為混合碳酸氣體之碳酸水的構造。 以下詳加說明本發明。 ^ ,例如，使在離子交換膜的兩側分別密接配置多孔曾陆 極物質以及险朽舲所 貝％ 質而^極物貝，且藉由將離子交換膜作為固體電解 進行毛解的方式，而由陽極側製造臭氧氣體與氧氣， =陰極側製造氫氣的電解氣體產生裝置中，當供應完全 =各，金屬或有機物的18.25ΜΩ超超純水而進行電解 呀’臭氧氣體的產生率僅有1〇0/〇。 1月係使在離子交換膜的兩側分別密接配置多 陽極物質以及险— 貝 ”所、及陰極物貝，且藉由將離子交換膜作為固體電 角:貝而進行電解的方式，而由陽極側製造臭氧氣體與氧 氣_ t由陰極側製造氫氣的電解氣體產生裝置中，由於具 :將碳酸氣體與供應至陽極側的純水接觸，而使純水成： 反馱水的構造’因此可抑制所產生之臭氧氣體濃度發生變 動，而可穩定地產生臭氧。 接者說明本發明之電解氣體產生裝置之相關詳細停 件。 由陽極側製這臭氧氣體與氧氣且由陰極側製造氫氣的 電解氣肢產生過程中，於陽極側雖需進行將原料的水與產 生氣體加以分離的氣液氣體分離處理，不過，可藉由該氣 液氣體分離處理中的水的臭氧濃度來決定臭氧濃度。該水 的來源係所供應的純水，而所謂該純水中的金屬或雜質會 影響臭氧氣體濃度自不待言。 在此’所謂純水係指對於比電阻（specific resistance ： 8 315294 1293619 為1/ 100至1/ 200ΜΩ cm的一般自來水，將其中的金屬 雜質（metal contamination )去除，而成ιμΩ cm以上的純 度者。 在電解氣體產生裝置中，係使用在設置現場的純水作 為原料的純水。該純水是為了進行清洗處理而非是為了產 生臭氧而產生的，因此其規格乃是為了滿足清洗處理所設 的規格。 近來在液晶或半導體製造中對純水純度的要求逐漸變 鬲，去除相當的金屬或有機物，一般上則使純水純度變為 UM Ω cm、總有機碳（Total 〇rganic Carb〇n，T〇c )為工 〇ppb 以下。 當將上述純水供應至陽極側時 由於純水中的有機物 較少，因而臭氧進行分解之臭氧氣體濃度不會上升 ^而另一方面，尤其在近來的半導體製造上，半導體之 微細化的進展，純水的水質亦隨之而提升，因而產生‘全 不含金屬或有機物的超超純水而加以使用。 在上述超超純水的情形中，-般而言，以用於完全去 除有機物的方法而t，大多係採用進 ^ _ 疋订爽理大；S純水並加 循％，再自此使用少量超純水的系統。 在上述處理中，一般係使用uv 對超純水進行-殺菌處理。藉由進行心：；須多次 便過虱化虱殘留於超純水中。 一 當將上述超純水供應至陽極側時， 留過氧化氯來消耗臭氧，而使臭氧濃度=升屯水中的殘 315294 9 1293619 士口上所述，到目前為止的電解臭氧產生中，係藉由純 -水中金屬雜質以外的成分，而使電解中臭氧的產生很微妙 "； 地受到影響。 纟本發明中，係作為-簡單、穩定而且用以產生更高 濃度之臭氧氣體的方法，具有使供應至陽極侧的純水與碳 酸氣體接觸’而使純水成為碳酸水的機構，而在成為碳酸 •水或混合碳酸氣體的碳酸水之後再供應至陽極側。 $了使純水與碳酸氣體接觸而成為碳酸水，因此在前 述純水之純度較高的純水時，因成為碳酸水再予以供應， .因此在陽極所產生的臭氧並不會因pH值下降以制止臭氧 分離而使臭氧濃度減少的情形。此外，，當在含有過氧化氣 -之純水時’因藉由碳酸氣體以使純水中的過氧化氫脫除 (dipping)而供應至陽極側，因此並不會發生在陽極所 產生的臭氧被純水中的過氧化氫消耗的情形。 此外純水與奴酸氣體接觸而成為碳酸水之前，亦可 將純水-度與臭氧氣體接觸而成為臭氧水之後，再度與碳 酸氣體接觸而作為碳酸水予以供應。藉此方式’當在含有 過氧化氫之純水時，當純水中的過氧化氫一度由於臭氧氣 :而&生氧化分解之後’由於藉由碳酸氣體而作為pH值 :低且‘定的水而供應至陽極側，因此在陽極產生的臭氧 可產生不受純水影響的高濃度臭氧氣體。 、 供應至陽極側的純水與供給前所接觸的碳酸氣體量係 目對:臭氧及氧的產生氣體，應控制在〇·5纟15%的範圍 内。量較少時，pH值不會下降且臭氧的產生並不穩定，而 10 315294 1293619 田超過1 5 /〇日寸’陽極室内的臭氧水由於碳酸氣體而脫除， 臭氧濃度不會上升。再者，為穩定而高濃度地維持臭氧氣 體濃度’前述碳酸氣體量相對於臭氧及氧的產生氣體，以 控制在2.5至1〇%的範圍内為宜。 此外同日守使用上述臭氧氣體而產生臭氧水時，根據 條件而即使成為高濃度臭氧水並於5〇m以上的導管中流 通，臭氣水濃度也不會衰減，因此，即使在導管中，亦可 作為呈現藍色之臭氧水而流通。測定該顏色，且在計算之 後’亦可自動地決定上述碳酸氣體量。 再者’雖然供應至陽極側的純水與供給前所接觸之碳 酸氣體的接觸方法有很多種，不㉟，一般而言有以射出哭 (ejector)或靜態攪拌器（staticmixer)將碳酸氣體在純 水流水中加以混合的方法；由散氣板將碳酸氣體散出而使 碳酸氣體溶入純水中的方法；藉由薄膜而在一方導入純 水，在另一方導入碳酸氣體，且透過薄膜使碳酸氣體溶入 純水的方法等。 在、、’屯水與奴酸氣體的接觸方法中，由儘量地避免污染 的觀點而言，則以藉由薄膜而在一方導入純水，在另_方 導入碳酸氣體，且透過薄膜使碳酸氣體溶入純水的方法較 為適宜。 近來，與前述含有殘留過氧化氫的超純水相同地，有 將氮氣擴散於純水中且進行去氧的超純水，或是予以真空 而將超純水中的氣體去除的超純水（除氣超純水）等。 對方、上述純水，若具有上述機構，則在供應前會成為 11 315294 1293619 5乳體已溶解的純水，因&，並不會因供應純水而使臭 2下p牛的f月形。再者，才目對於由上述電解所產生的臭 H且1g ’所供應使用之純水的量很少、，約為50CC，因此 上述機構所需之碳酸氣體亦可為少量。 【實施方式】 以下表示本發明之實施形態之一例。 . 第1圖係一般電解氣體產生裝置的概念圖，第2圖係 鲁在本發明之實施形態之電解氣體產生裝置中安裝於供給純 水中與故酸氣體接觸之機構的概念圖。 方;帛1圖中’電解氣體產生裝置中的臭氧氣體、氫氣 產生部1巾，備有離子交換膜la，於該離子交換膜h的 兩端分別密接配置多孔質陽極物質lb以及陰極物質lc， 並以離子交換膜la作為固體電解質來進行電解，藉此由陽 極側製造臭氧氣體與氧氣，且由陰極側製造氫氣。 立對臭氧氣體、氫氣產生部1供應純水3。而且，產生 φ 崢1係連接有電源2，且藉由電源2的電流來產生氣體。 已產生的臭氧及氫氣係分別藉由氣體分離部4、5而分 別導入臭氧氣體導管9與氫氣導管1 〇。 於第2圖中，對於電解氣體產生裝置的臭氧氣體、氫 乳產生部1供應純水3經由碳酸氣體接觸機構8而成為碳 • 酸水ό。而且，臭氧氣體、氫氣產生部i係連接有電源2， • 藉由電源2的電流而產生氣體。 於碳酸氣體接觸機構8中透過薄膜一方供應純水3， 另一方則供應碳酸氣體7。所產生的臭氧及氫氣與第i圖 315294 1293619 相同地，係分別葬ώ ^ 々辦、*势 g由乳脰7刀離部4、5分離且分別導入臭乳 乳脰V官9與氫氣導管j 〇 一、冑。己載本發明之臭氧產生裝置之實施例，不過該 貫施例亚非侷限本發明者。 (實施例1 ) Μ ί料父換膜的兩側分別配置多孔質陽極物質以及陰 極物貝:而於純水中使用含㈣〇_留過氧化氫之超超 、、、屯水’對於供應至陽極室之純水，係於該導管中透過pTFE (p〇lytetra-fluoroethylene，聚四 i 乙稀）膜在經由 ι 札 /hr的碳酸氣體所接觸的機構之後而導入陽極室。由電源 ί、150A進行電解之後，由陽極產生的臭氧氣體量係為 8.4g/hr。1個月以相同條件進行電解，不過臭氧氣體量沒 有產生變化。 (比較例1 )- 除了供應至陽極室之純水並未經由碳酸氣體所接觸之 機構之外，其他係以與實施例丨相同的條件進行電解。 由％極產生的臭氧氣體量為2·7g/ hr，相較於實施例 1 ’所產生的臭氧氣體量係減少為三分之一。雖與實施例1 相同地’ 1個月以相同條件進行電解，不過臭氧氣體量沒 有上升’且沒有產生變化。 (實施例2 ) 在離子交換膜的兩側分別配置多孔質陽極物質以及陰 極物質，而於純水中使用含有1 ppb有機物之純水，對於供 應至陽極室之純水，係於該導管中透過PTFE膜在經由 13 315294 1293619 1 · 4 L / h r的碳酸氣體所接觸 電源供應1 5 Ο Α進行電解之 係為8.4g/hr。1個月以相 體量沒有產生變化。 (比較例2) 的機構之後而導入陽極室。由 後’由陽極產生的臭氧氣體量 同條件進行電解，不過臭氧氣 除了供應至1¼極室之纯皮计土 电水亚未經由碳酸氣體所接觸之 機構之外，其他係以|實祐你| ? /、貝施例2相同的條件進行電解。 由陽極產生的臭氧氣體量為45g/i_相較於實施你 2 ’所產生的臭氧氣體量減半。雖與實施例2相同地，工掘 月以相同條件進行電解，不過臭氧氣體量沒有上升，且沒 有產生變化。 (實施例3 ) f用實施例2所產生的臭氧氣體來產生臭氧水。用於 產生=氧水的純水係為實施例2的純水，純度為ippb。當 、、’屯水里達0.6L/min時，臭氧水濃度在溶解後馬上變為

UOmg/卜即使在前方5〇m處也幾乎沒有變化。此外，透 過導管會呈現鮮豔的藍色。 (比較例3 ) “除了供應至陽極室之純水並未經由碳酸氣體所接觸之 冓之外，其他係以與實施例3相同的條件產生臭氧水。 臭氧水濃度在溶解後馬上變為75mg/ 1，而在前方 處則衰減為45mg/ 1。此外，並不會透過導管而呈現 藍色。 (發明的效果） 315294 14 1293619 如上所述，在本發明中 今 α , A ’由陽極側製造臭氧齑卿兩^ 乳，且由陰極側製造氡氣，比 、六虱汛肢與氧 穩定的臭氧氣體及/或臭氧水時可供應純濃度恒常保持 而且，可恒當產吐寘、、曲— 屋生n辰度的臭氧氣體、臭 可獲 =’在純度高的純水中產生高濃度臭氧水時， 于成本低且構造精簡的電解氣體產生裝置。 【圖式簡單說明】 第1圖係為一般電解氣體產生裝置的概念圖。 第2圖係在本發明之實施形態之電解氣體產生裝置中 供給至陽極側的純水經由碳酸氣體接觸機構的概念圖。 (元件符號說明） 1 臭氧、氫氣產生部 1 a 離子交換膜 lb 多孔質陽極物質 1 c 陰極物質 2 電源 3 純水 4 臭氧氣體分離部 5 氫氣體分離部 6 碳酸水 7 碳酸氣體 8 碳酸氣體接觸機構 9 臭氧氣體導管 10 氫氣導管 15 315294

Claims (1)

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第93100112號專利申請案 (96年10月8日） 拾、申請專利範圍： 1 · 一種電解氣體產生方法，係具備氣體產生部，該氣體產 生部係在供進行離子分離之離子交換體形成為膜狀之 離子交換膜的一方側配置屬於多孔質且具水通流性之 電極之陽極物質，且在前述離子交換膜的另一方側密接 配置屬於多孔質且具水通流性之電極的陰極物質， 將碳酸氣體與供應至前述氣體產生部之陽極側的 純水接觸，而將前述純水供應作為碳酸水， 將電解電流流至前述陽極物質與前述陰極物質，以 前述離子交換膜作為固體電解質而進行電解， 由前述陽極側製造臭氧氣體與氧氣，且由前述陰極 侧製造氮氣。 2·如申請專利範圍第1項之電解氣體產生方法，其中，前 述純水成為碳酸水的構造係藉由將薄膜介於中間的方 式，俾於一方導入純水而於另一方導入碳酸氣體，且透

過前述薄膜使碳酸氣體溶入純水中，而將純水製成碳酸 水的構造。 3·如申請專利範圍第1項之電解氣體產生方法，其中，與 丽述純水相接觸之碳酸氣體的量係調整為相對於產生 氣體量之0.5至15%。 4· 一種電解氣體產生裝置，係具備氣體產生部〇)，該氣 體產生部（1)係在供進行離子分離之離子交換體形成為 膜狀之離子交換膜（la)的—方側配置屬於多孔質且具 水通流性之電極之陽極物質〇b)，且在前述離子交換膜 (修正本）315294 16 1293619 第93100112號專利申請案 (96年10月8日） (1 a)的另一方側密接配置屬於 電極的陰極物質（1 c)， ^ 將碳酸氣體（7)與供應至前丨 w 1 逃乳體產生部（1)之陽炻 側的純水（3)接觸，而將前述純 (6)， 、（）仏應作為碳嫂水 物⑽^解電壓施加於W述陽極物質(lb)與前述陰極 ==，以前述料交換膜（la)作為固體電解質而進 由前述陽極側製造臭氧氣體與氧 側製造氫氣。 ^且由别逸陰極 5.如申請專利範圍第4項之電解氣體產生裝置，其中，前 述純水（3)成為碳酸水（6)的構造係藉由將薄膜介於中= 的方式’俾於一方導入純水（3)而於另一方導入碳酸氣 體（7)，且透過前述薄膜使碳酸氣體（7)溶入純水（3)中， 而將純水（3)製成碳酸水（6)的構造。 6·如申請專利範圍第4項之電解氣體產生裝置，其中，與 前述純水（3)相接觸之碳酸氣體（7)的量係調整為相對= 產生氣體量之0.5至15%。 (修正本）315294 17