TWI314473B - High activity chemical filter, its preparation and use in removing hazard gas by adsorption - Google Patents

Description

1314473 九、發明說明： • 發明所屬之技術領域 本發明係關於一種藉由化學吸附以去除惡臭、有毒及 腐蝕性氣體的化學濾材。 先前技術 目前去除惡臭、有毒及腐蝕性氣體主要是以乾式洗務 | 吸附器（dry scrubbing adsorptive )、吸收塔及化學吸附漉 材為主，且大部分都有添加化學藥劑加強其去除效率，以 降低尾氣濃度及增加處理量。物理吸附、化學吸附及化學 吸收為去除單元中主要之作用機制，其中物理吸附為可逆 反應，主要以介質表面原有之官能基或孔洞性質進行污染 物去除。化學吸附及化學吸收作用則於介質中添加活性物 質使污染物於介質表面或介質内發生氧化或中和反應，而 所添加之活性物質之種類及數量和添加之方式，對於所要 ，去除之污染物之去除率及去除量有相當的影響。 工氣为子污染物（Airborne molecular contamination， AMC)包括硫化氫、二氧化硫、二甲基硫、氨氣、甲醛、乙 烯及異丙醇等化合物，大多存在於週遭環境中，主要是由 於交通污染、工地污染、農業污染、動植物氧化分解、生 亏染物如廚房，衛生設備、薇内外工廠排放、空調氣體 置換等因素所造成。而這些空氣分子污染物會直接影響到 半導體间階ic製程的良率及TFT_LCD鍍膜環境之潔淨 度，故必須要加以去除。但空氣分子污染物無法以粒狀污 1314473 染物之潔淨技術加以去除，必須使用高活性之吸附濾材才 月b將其有效去除。為能提高吸附據材之活性及吸附量必須 要能提高活性金屬鹽之活性、分散性或含浸量。為提高金 屬活性必須要縮小金屬鹽粒徑，由於縮小粒徑同時會增加 整體反應表面積使得整體吸附量大幅提昇，如此便可以提 同低濃度的空氣分子污染物之去除率及吸附去除量。 有關吸附劑改質之專利甚多，但大多著重於活性金屬 鹽之組成，以去除毒性、酸性或是腐蝕性氣體如美國專 利US5063 196、US48013 11記載用來吸附酸性有毒氣體之活 性碳，大多含浸鉻鹽、銅鹽、銀鹽等。一般而言，含浸銅 鹽與鉻鹽可以除去氣化氰、氫化氰；含浸銅鹽與銀鹽可以 除去坤與磷；含浸銅可以除去氣氣、氣化氳、氟化氫、硫 化氣等氣體；也有使用有機含浸物，例如三乙基胺、酒石 酸。近二十年來，因為鉻鹽對環境及人體的毒性太大，多 用其他物質取代鉻鹽，便有含浸鋅、纟、箱或是有機物三 乙基二胺（TEDA)的例子。活性破改質之程序中有兩段較為 重要之程序.一是活性物質之組成；另一是活性碳含浸活 ί·生物質之流程。前者主要由活性物質與反應物之活化能決 定是否能進行反應’而後者卻決定單位活性物之效能，亦 決定其去除效率及去除量。活性碳改f方法大多以含浸法 為主，含浸法是將活性碳浸泡於含有活性物質的溶液中再 、乾燥乾燥之方法大多以加熱方式去除溶劑，將活性 物質刀散附著於/¾性碳表面。但也有如US5i92735所揭示以 冷凍乾燥法取代加熱，如此可在僅需約5〇%之活性物質下 1314473 - 得到與加熱法相同之效能，其主要是利用低溫下乾燥可得 到較小的活性金屬鹽的結晶顆粒。另外亦有改變含浸活性 物質之程序者，如US5496785所揭示以雙重含浸法進行含浸 其程序’如先將活性碳浸泡在含活性金屬（Gr〇Up心12)鹽類 之溶液中’過濾後再浸泡在含碳酸鉀之溶液中，再加以過 濾，浸泡後活性碳置於100t加熱爐烘乾，在最初半小時的 乾燥過程中，活性碳需要不時的攪拌。也有以增加活性物 S 質為手段來增加濾材之去除量，例如Purafil所申請之專利 W02004/047950，將活性氧化鋁上之活性金屬鹽比例，從 原先的4〜8 wt%增加至8〜20 wt%，增加後對於一些有機物， 如乙烯及甲醛之吸附量都大幅增加2〜3倍，但對硫化氩卻僅 增加6〜7%，顯示其對硫化物之去除效果有限。但以增加活 性物質為手段來增加濾材之去除量並不實際，因其並未考 慮活性金屬在單體表面之分散極限，將降低活性金屬之實 際利用率。 發明内容 本發明的一主要目的在提出一種可改善一般含浸時以 物理性分散方式使活性金屬鹽附著在多孔性擔體表面的分 散性不佳之問題，包含於含浸前先將活性金屬鹽溶液與分 散隔離劑混合，再將多孔性擔體含浸在混合液中，利用分 散隔離劑將活性金屬鹽分散的附著在多孔性擔體表面，在 擔體表面形成奈米級之活性金屬鹽顆粒。此一方式可縮小 活性金屬鹽粒徑，加強活性金屬鹽之分散效果，有效提高 7 1314473 金屬鹽活性，提尚對氣狀污染物之去除效率及單位去除量。 實施方式 本發明揭示一種高活性化學濾材、製備高活性化學濾 材之方法及使用此濾材處理含有有害氣體之氣態流體之方 法。此濾材包含附著有活性金屬鹽與分散隔離劑之多孔性 擔體。此高活性濾材具有縮小的活性金屬鹽粒徑，及較佳 % 的活性金屬鹽之分散性，於是提高活性金屬鹽的活性及對 氣狀污染物如硫化氩、二氧化硫及甲醛之去除效率及單位 去除量1.5〜3倍》 本發明的化學濾材，包含：一多孔性擔體；附著於該 多孔性擔體的二氧化矽膠態粒子；及附著於該多孔性擔體 的活性金屬鹽。 較佳的，該活性金屬鹽選自錳鹽、鐵鹽、銅鹽、鋅鹽、 鉛鹽、鈷鹽、高錳酸鉀及其混合物所組成的族群。更佳=， • 該活性金屬鹽為錳鹽或高錳酸鉀。 較佳的，該二氧化矽膠態粒子與該活性金屬鹽的重量

比為1〇:1〇〇至40:100;及該二氧化石夕膠態粒子與該多孔性擔 體的重量比為〇_1·· 100至6:1〇〇。 S 較佳的，該多孔性擔體為活性碳、活性氧化鋁或是沸 石0 ，本發日月#揭示一種利用本發明的化學遽材吸附去除有 。氣體的方去’包含使含有該有害氣體的氣體混合物 化學濾材接觸。 1314473 較佳的，該有害氣體為硫化氫、二氧化硫、或甲搭氣 體。更佳的，該有害氣體為二氧化硫氣體。 種適σ用於製備本發明的高活性化學濾材之方法， 包含將-多孔性擔體含浸於—含有溶解的活性金屬鹽與懸 浮的膠態二氧化發的液體中；及分離出被含浸的多孔性擔 體；及乾燥被含浸的多孔性擔體。 較佳的，該製備方法進一步包含將一活性金屬鹽的溶 液與膠態二氧切的懸浮液混合，以獲得該含有溶解的活 性金屬鹽與懸浮的膠態二氧化矽的液體。 較佳的，於該製備方法中該活性金屬鹽的溶液與膠態 二氧化矽的懸浮液的混合包含攪拌〇 5至2 〇小時。 較佳的，該製備方法進一步包含將一活性金屬鹽的溶 液與四甲氧基矽烷或四乙氧基矽烷的溶液混合，以獲得該 含有溶解的活性金屬鹽與懸浮的膠態二氧化矽的液體。 較佳的，該乾燥係以加熱方式進行。更佳的，該乾燥 係以100至120。(：溫度加熱3至4小時。 較佳的，於該製備方法中該活性金屬鹽選自猛鹽、鐵 鹽、銅鹽、鋅鹽、鉛鹽、鈷鹽、高錳酸鉀及其混合物所組 成的族群。更佳的’該活性金屬為錳鹽或高錳酸鉀。 較佳的’於該製備方法中該膠態二氧化矽與該活性金 屬鹽的重量比為1〇·· 100至40:100;及該膠態二氧化矽與該多 孔性擔體的重量比為0· 1:100至6:100。 較佳的’於該製備方法中該多孔性擔體為活性碳、活 性氧化鋁或是沸石。 1314473 本發明可藉由下列實施例被進一步瞭解，其等僅作為 說明之用，而非用於限制本發明範圍。 比較例1 取硝酸錳33克，加水267克攪拌溶解後，加入1〇〇克 活性碳（力晶活性碳，型號GL903)，攪拌5分鐘後，靜置 40刀鐘後過濾，將過濾後之活性碳再加入3 克濃度a % ^ (69克氫氧化_+231克水）的氫氧化卸溶液，攪拌5分鐘 後靜置40分鐘後過濾，過濾後之活性碳以1 〇〇艽烘乾8〜 小時。 比較例2 取40克活性碳加入80克濃度〇 〇5M之高錳酸鉀溶液 中’攪拌5分鐘後過濾’將過濾後之活性碳以1 〇(rc烘乾

實施例1 取14.3 5克硝酸錳加水至50毫升，再加入1 〇〇毫升1 〇% 之膠態二氧化矽（colloidal silica) (ALDRICH，LuDox TM-40)懸浮液中搜拌1小時，此時會有白濁狀之沉殿產 生’再加入50克之活性碳攪拌5分鐘後，靜置40分鐘後 過濾，過濾後之活性碳以100。(：烘乾8〜24小時。 實施例2 1314473 取濃度0.5M高錳酸鉀溶液15毫升加水稀釋成濃度 的高錳酸鉀溶液50毫升。將高錳酸鉀溶液5〇 ^升 倒入HH)毫升1〇%之膠態二氧化石夕（LuD〇x TM_4〇)懸浮液中 欖拌1小時，再加入50克之活性碳攪拌5分鐘，過濾後之 活性碳以l〇〇°C烘乾8〜24小時。 實施例3 取14.35克硝酸猛加水至50毫升’再加入ι〇〇毫升濃 度49〜50%之四乙氧基矽烷（Tetraeth〇xysilane，簡稱te〇s) 酒精溶液中攪拌1小時，再加入50克之活性碳攪拌5分鐘 後’此時會有放熱現象產生’靜置4〇分鐘後過濾，過濾後 之活性碳以l〇(TC烘乾8〜24小時。 實施例4: S02去除測試

將比較例1 (2.3 872克）、比較例2 (2.3414克）、實施例 1 (2.4033克）、實施例2 (2.3716克）及實施例3 (2.4092克） 所製備之修飾過的活性碳敲碎、過筛取8〜12網目（mesh)之 顆粒固定於一吸附管内。將含二氧化硫的空氣連續的導入 該吸附管進行二氧化硫吸附測試。二氧化硫入口濃度 220〜23 6 ppb ’相對溼度45〜55%，吸附溫度24〜26°C，吸附 管管徑20.8 mm，線速度為〇.57〜0.60 (m/s)。實驗結果列於 下表。

11 (C .1314473 化學滤材 進料S02濃度 (PPb) 線速度 (m/s) 破過時間* (min) 吸附量* * (wt%) 比較例1 220 0.57 2636 0.7 比較例2 230 0.57 5580 1.6 實施例1 230 0.60 8370 2.4 實施例2 236 0.60 12546 3.8 實施例3 240 0.57 5905 1.7 *破過時間為出口二氧化硫濃度達入口濃度20%之時間

**吸附量的計算為：破過時間X氣體流量xS02濃度χ10_9 x64/1000/24.5/原化學濾材重量xl00 以上表中的實驗數據充分顯示本發明可以提高活性碳 的吸附量及使用時間。

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Claims (1)

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申請專利範圍：

⑵)09年β月修正） 1 . 一種化學濾材，包含：一多孔性擔體；附著於該多孔性 擔體的二氧化矽膠態粒子；及附著於該多孔性擔體的活 性金屬鹽，其中該多孔性擔體為活性碳、活性氧化鋁或 是沸石；該二氧化矽膠態粒子與該活性金屬鹽的重量比 為10:100至40:100;及該二氧化矽膠態粒子與該多孔性擔 體的重量比為〇.1:1〇〇至6:ι〇〇。 2 ·如申請專利範圍第i項的化學濾材，其中該活性金屬鹽選 自錳鹽、鐵鹽、銅鹽、鋅鹽、鉛鹽、鈷鹽、高錳酸：及 其混合物所組成的族群。 專利範圍第2項的化學濾材，其中該活性金屬鹽為 猛鹽或南鐘酸鉀。 4. 一種利用如申請專利範圍第1項的化學據材吸附去除有 害氣體的方法，包合蚀入女〜 Π云除有 ^ ^ ^ 3使含有该有害氣體的氣體混合物盘 該化學濾材接觸。 口哪興 5 ·如申請專利範圍第 氫、1化# 其中該有害氣體為硫化 虱一氧化硫、4甲駿氣體。 6. 如申請專利範圍第5項的方法，其中 硫氣體。 '有^虱體為二氧化 7. —種製備高活性化風 予/慮材之方法，包含將—& n u 含浸於一含有溶M 3將夕孔性擔體 的液體中；及分M ^ 的膠I、~氧化矽 出被含浸的多孔性擔，. 浸的多孔性擔體， 褥體，及乾燥被含 ° ，其中該多孔性擔體Αϋ π 化鋁或是沸石；钤Α 篮马活陡奴、活性氧 邊向活性化學溏好 予應材的二氧化矽膠態粒子 13 .1314473 • . (2009年6月修正) • 與活性金屬鹽的重量比為10:100至40:100;及該高活性化 • 學濾材的二氧化矽膠態粒子與多孔性擔體的重量比為 0.1:100至 6:1〇〇。 8. 如申清專利範圍第7項的方法，其進一步包含將一活性金 屬鹽的溶液與膠態二氧化矽的懸浮液混合，以獲得該含 • 有溶解的活性金屬鹽與懸浮的膠態二氧化矽的液體。 9. 如申咕專利範圍第7項的方法，其進一步包含將一活性金 屬鹽的浴液與四曱氧基矽烷或四乙氧基矽烷的溶液混 籲 合’以獲得該含有溶解的活性金屬鹽與懸浮的膠態二氧 化矽的液體。 10·如申印專利範圍第7項的方法，其中該乾燥係以加熱方 式進行。 1 1.如申請專利範圍第7項的方法’其中該乾燥係以⑽至 120°C溫度加熱3至4小時。 12 _如申明專利範圍第7項的方法，其中該活性金屬鹽選自 φ I鐵1鋼鹽、鋅鹽、錯鹽、鈷鹽、高猛酸鉀及其 混合物所組成的族群。 13.如申明專利乾圍第⑴員的方法，其中該活性金屬鹽為錳 鹽或高猛酸鉀。 14 ·如申1專利範圍第8項的方法，其中該混合包含攪拌〇. 5 至2 · 0小時。 14