TWI519469B - 氙與其他高價值化合物之回收 - Google Patents

Description

氙與其他高價值化合物之回收

本發明係關於從含化合物的處理流、材料或環境吸附回收化合物。

在許多商業製程和工業應用中，氣態材料常被製造或以其他方式存在，氣態材料若無回收、再循環及/或再處理，則氣態材料很容易損失或降解。此類材料可為化學反應或處理製程的副產物、氣體利用應用中未完全消耗的氣體、採礦操作時的氣態流出物等。

該等氣態材料做為再循環原料或試劑，或做為進一步加工或使用的原料可能有重大價值。該等材料亦可能是製程或相關設施周圍環境的主要污染源，因此需要捕獲該等材料，以防止污染發生。

本發明係關於從含化合物的處理流、材料或環境吸附回收化合物。

在一態樣中，本發明係關於從含氙氣的處理流、材料或環境回收氙氣的方法，該方法包含以下步驟：使出自該處理流、材料或環境的含氙氣體接觸碳吸附劑，碳吸附劑能有效吸附捕獲含氙氣體，而去除或降低處理流、材料或環境的含氙氣體中最初與該氙共存的流體物種濃度，其中碳吸附劑的整體密度為750公斤/立方公尺(kg/m³)至1300公斤/立方公尺(kg/m³)，且大多數孔洞的孔隙度為5埃至8埃。

在另一態樣中，本發明係關於氙捕獲設備，包含：圍阻容器；碳吸附劑，該碳吸附劑置於圍阻容器內，其中碳吸附劑對氙氣具選擇性，碳吸附劑的整體密度為750公斤/立方公尺(kg/m³)至1300公斤/立方公尺(kg/m³)，大多數孔洞的孔隙度為5埃至8埃。

在又一態樣中，本發明係關於氡監視組件，包含：容器；蓋子，該蓋子嚙合該容器，以封閉容器的內部容積；碳吸附劑，該碳吸附劑置於該容器內，該碳吸附劑對大氣氣體相關的氡具選擇性；以及書面標記，書面標記包含氡監視組件的使用說明。

本發明的另一態樣係關於在易存在或流入氡的場所中偵測氡污染的方法，該方法包含以下步驟：將上述氡監視組件放到該場所，氡監視組件為開蓋狀態而讓碳吸附劑接觸周圍氣體；以及經過預定時間後，重新蓋上容器，以提供內裝樣品供氡污染分析測試用。

在再一態樣中，本發明係關於從含高價值氣體的處理流、材料或環境回收高價值氣體的方法，該方法包含以下步驟：使處理流、材料或來自環境的樣品接觸碳吸附劑，該碳吸附劑對該高價值氣體具選擇性。碳吸附劑的整體密度為750公斤/立方公尺(kg/m³)至1300公斤/立方公尺(kg/m³)，且大多數孔洞的孔隙度為5埃至8埃。

在另一態樣中，本發明係關於從含高價值氣體的處理流、材料或環境回收高價值氣體的系統，該系統包含碳吸附劑，碳吸附劑用於接觸該處理流、材料或來自環境的樣品，以吸附捕獲高價值氣體。碳吸附劑的整體密度為750公斤/立方公尺(kg/m³)至1300公斤/立方公尺(kg/m³)，且大多數孔洞的孔隙度為5埃至8埃。

在又一態樣中，本發明係關於碳吸附劑，碳吸附劑的整體密度為750公斤/立方公尺(kg/m³)至1300公斤/立方公尺(kg/m³)，且大多數孔洞的孔隙度為5埃至8埃。

本發明的其他態樣、特徵和實施例在參閱以下實施方式說明和所附申請專利範圍後，將變得更明顯易懂。

本發明發現利用整體密度為750公斤/立方公尺(kg/m³)至1300公斤/立方公尺(kg/m³)且大多數孔洞的孔隙度為5埃至8埃的碳吸附劑，可有效吸附回收如氙等高價值氣體。合宜地，在273°K與1巴壓力下量測此碳吸附劑對氙的體積吸附容量為至少125。合宜地，此類碳吸附劑對氙與氮的分離因子α_氙，氮為2至12。

已發現具前述特性的碳吸附劑能以在設施(如半導體製造設施)中佔很小佔地面積的緊密吸附劑配置方式有效吸附回收高價值氣體(如氙)。

在特定實施例中，碳吸附劑的整體密度為800 kg/m³至1200 kg/m³，且在其他實施例中，碳吸附劑的整體密度為1000 kg/m³至1150kg/m³。

在特定實施例中，用於回收高價值氣體(如氙)的碳吸附劑具有吸附氙的體積容量，即在一些實施例中，在273°K與1巴壓力下量測的體積容量為125體積/體積(v/v)至150體積/體積(v/v)。在其他實施例中，碳吸附劑的氙體積容量在前述標準溫度與壓力條件下按體積計為125至145，在又一些其他實施例中，碳吸附劑的體積容量為128至140。

此活性碳吸附劑特別有利於從主要含氮的混合氣體中分離及回收氙氣，其中氙至少呈百萬分之一等級。

考量到本發明碳吸附劑有利於回收混合氣體中的高價值氣體(如氙)的特性，吸附材料的平衡選擇性可做為描述吸附劑從氙/氮混合氣體分離氙之能力的參數。碳吸附劑對氙/氮混合氣體的平衡選擇性反映了碳吸附劑分別對該混合氣體中的氙與氮物種的差別親和性。本發明的碳吸附劑對氙具高吸附性。碳吸附劑的平衡選擇性可以下列方程式表示：

α_氙，氮=(n_氙/n_氮)(p_氙/p_氮)

其中α_氙，氮為碳吸附劑對氙/氮混合氣體的分離因子，其中n為特定成分的吸附量，且p為混合氣體中特定成分的分壓。

如上所述，合宜地，本發明碳吸附劑對氙/氮混合氣體的分離因子α_氙，氮為2至12。在一些特定實施例中，碳吸附劑的分離因子α_氙，氮為3至10。在又一些其他實施例中，分離因子α_氙，氮為至少5。在再一些其他實施例中，分離因子α_氙，氮為4至8。

本發明的碳吸附劑有利於從含高價值化合物的處理流、材料或環境吸附回收高價值化合物，例如配置以回收高價值氣體來進行再利用、再循環或體認到若無該回收將損失的價值所做的其他處置。

在此，「高價值」的回收氣體、化合物和流體係指相較於(i)若不回收材料所產生的材料損失、消耗或降解，及/或(ii)若不回收該等材料造成材料在環境中損失、消耗或降解而需進行回復、減量或其他動作的成本，致使回收後有重大價值的材料。

雖然本發明的各種實施例主要係針對高價值的「可回收」氣體說明，但應理解本發明的回收配置方式和製程當有利且適於回收流體，該等流體一般包括氣體、液體、蒸汽、超臨界流體等。

用於本發明製程以回收高價值材料的碳吸附劑可用於回收各式各樣的預定可回收物，且孔徑5埃至8埃的碳吸附劑易吸附氣體。在此所述碳吸附劑包括孔徑主要為5埃至8埃的碳吸附劑，較佳為材料的總孔隙度大多(如50體積%)落在此孔徑範圍。特別有利的碳吸附劑材料的總孔隙度按體積計有55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%或以上為5埃至8埃的孔徑。此類碳吸附劑可由聚合物起始材料(如聚偏二氯乙烯)熱解而成，其中熱解及/或熱解後步驟係用於形成此孔隙度。

在此所用的碳吸附劑可為任何適合形式，例如粉末，如具均勻粒徑的粉末，或由一定粒徑範圍(如20微米(μm)至500微米(μm))的微粒組成的粉末。碳吸附劑可以如尺寸為0.6毫米(mm)至15毫米(mm)的珠粒/擠出物，或如特性尺寸大於100 mm的單塊物件形式使用。較佳的碳吸附劑較佳由非石墨化或硬質碳組成，該硬質碳具有非結晶或微晶(無序)形貌。較佳地，吸附材料為單塊狀熱解活性碳形式，例如塊、磚、圓片、圓柱、棒等形式。或者，有利地，碳吸附劑為粒狀形式，例如珠粒或粉末。

本發明的碳吸附劑藉由使碳吸附劑接觸含高價值流體成分的流體體積、流或環境，即可輕易回收高價值流體成分。碳吸附劑可以捕獲或回收容器內的床形式(如單塊或粒狀吸附物)使用而供含高價值成分的流體通過或流入。或者，碳吸附劑可用於容器內的吸附床，該吸附床適於壓力振擺吸附及/或溫度振擺吸附處理，其中含高價值流體成分的流體接觸容器內的吸附床而吸附捕獲高價值流體成分。隨後使床脫附，例如藉由洩放壓力及/或淨化氣流及/或加熱床，以脫附釋放吸附的高價值流體成分。

活性碳材料吸附系統描述於下列美國專利中，該等專利之揭示內容以引用方式全部併入本文中：授予Carruthers的美國專利第6,743,278號、授予Tom等人的美國專利第5,518,528號、授予Tom等人的美國專利第5,985,008號、授予Tom的美國專利第5,761,910號、授予Tom的美國專利第5,916,245號、授予Tom等人的美國專利第6,764,755號、授予Brestovansky等人的美國專利第6,991,671號、授予Tom等人的美國專利第6,027,547號、授予Tischler等人的美國專利第6,019,823號、授予Tom的美國專利第5,917,140號、授予Tom等人的美國專利第5,993,766號、授予Tom等人的美國專利第5,704,965號、授予Tom等人的美國專利第5,707,424號及授予Tom等人的美國專利第5,704,967號。

就特定應用而言，本發明碳吸附劑的孔徑分布可在小至數十埃的範圍「調整」，例如藉由改變聚合物起始材料、熱解條件和熱解後處理而獲得適合回收特定高價值流體的碳吸附材料。在此，可利用孔隙計、探針分子孔隙計、拉曼光譜、x光繞射、掃描式電子顯微鏡與光學顯微鏡，和其他此技術已知的吸附劑材料特性分析設備來分析吸附劑特性，以決定用於製備本發明碳吸附劑的起始材料、處理條件和所得特性。

考量到可依據本發明用於特定回收應用的活性碳的熱物理性質，下表1列出具有可用於回收高價值流體物種的單塊形式活性碳吸附劑的各種熱物理特性示例範圍，和本發明示例的熱解單塊活性碳吸附劑的特定熱物理特性。

應理解本發明實施的碳吸附劑特性可相當多樣，以提供用於特定流體回收應用的吸附材料。又如在特定實例中，下表2列出兩種可用於回收氙的示例碳吸附劑特性：「碳吸附劑A」和「碳吸附劑B」。

碳吸附劑A可用於捕獲氙，該氙在含氮混合物中以稀釋濃度存。碳吸附劑B可利用尺寸排除分子篩而優先回收氮氣流中的氙，氮氣流亦含有尺寸比氙大的分子。表2展示碳吸附劑各自的整體密度、在標準條件下(273°K、1巴壓力下)按體積計的該等碳吸附劑對氙的吸附容量、在該等標準條件下測定的氙微孔體積，和同樣在該等標準條件下測定的新戊烷微孔體積。

利用單塊碳吸附劑做為本發明碳吸附劑應用的優點在於，此碳吸附劑結構形式提供每單位體積高吸附容量、高傳熱度，並且能製造符合精密公差幾何規格的單件(相對於易隨時間磨耗的粒狀或珠狀吸附劑形式)。

在不同實施例中，採用具高填充容量的碳吸附劑，例如呈堆疊陣列形式的盤狀多孔碳吸附劑。此碳吸附劑堆疊陣列可置於流體捕獲與儲存容器內，以回收碳吸附劑對流體物種有適當吸附親和性的流體物種。多孔碳吸附劑的填充容量為吸附劑吸取吸附物的量，亦即在標準或其他特定條件下吸附劑上的吸附物種裝載量。

在特定應用中，藉由處理吸附劑可有效增加多孔碳吸附劑的裝載容量，處理程序包括使吸附劑先接觸膨潤劑，接著使碳吸附劑接觸加壓氣體滲透劑，然後移除膨潤劑和滲透劑，例如利用真空萃取及加熱多孔碳，使任何殘留的膨潤劑和滲透劑揮發。

本文所用術語「膨潤劑」係指接觸多孔碳材料的微結構而使材料的孔隙與空孔結構膨脹的試劑。膨潤劑可為任何適合類型，例如包括水、醚、醇，或其他促使多孔碳膨脹的有機或無機溶劑介質。

本文所用術語「滲透劑」係指(1)在加壓形式接觸含膨潤劑的多孔碳材料而將膨潤劑輸送到孔隙與空孔結構內，以於在隨後接觸吸附物之後，提高多孔碳吸附材料的裝載容量，且(2)與膨潤劑相容而容許膨潤劑和滲透劑揮發及從孔隙與空孔結構離開，又不會損及膨潤劑膨脹該孔隙與空孔結構作用的試劑。滲透劑可為任何適合類型，例如包括諸如氦、氬、氪、氛等鈍氣。

在一較佳實施例中，膨潤劑包含水蒸汽，且滲透劑包含氦。

在從多孔碳的孔隙與空孔結構移除殘留膨潤劑和滲透劑的特定實施例中，膨脹後，移除時不加熱達350℃或350℃以上十分重要，因為溫度達350℃或350℃以上會造成裝載容量比在低於350℃移除膨潤劑和滲透劑時所得的裝載容量少。

在一特定實例中，使碳吸附劑接觸水蒸汽，以進行預處理讓碳吸附劑吸取水蒸汽。接觸水蒸汽後，在如100磅/平方吋至500磅/平方吋的高壓下，使碳吸附劑接觸氦(或其他鈍氣，例如氬、氪、氮、氙)。接著在真空下，移除碳吸附劑中的氦，然後以如100℃至300℃的高溫進行烘烤。如此將形成對小分子流體物種有增大吸附容量的預處理碳吸附劑。

預處理方法有利於任何各種流體物種，且預處理方法最有利於增強活性碳應用，活性碳例如為珠狀、粒狀、片狀、丸狀、粉末、擠出物、微粒、布或網狀物件、單塊、多孔碳與其他材料的複合物、前述物種的粉末、前述物種的碾碎物，用以捕獲及儲存分子被碳吸附劑吸附的氣體。

應瞭解碳吸附劑可以任何適當方式處理或預處理，以提高碳吸附劑的吸附容量、改變碳吸附劑的孔徑或孔徑分布，或以其他方式製備用於回收可回收流體物種的吸附劑。

在一態樣中，本發明提出碳吸附劑的用途，例如將上述碳吸附劑用於快速氡與氣體篩選應用，其中可回收氣體係存於環境場所的氡，環境場所例如為住宅或商業大樓、潛在建築工地，或其他可能有氡氣存在或流入的環境。

利用簡易容器可將奈米多孔碳用於快速偵測氡氣，該簡易容器含對氡氣具選擇性之特定量碳吸附劑，其中在欲保護使用前，容器保持關閉，容器一旦開蓋、刺穿或以其他方式打開，例如移除密封元件或其他封閉構件，容器內的碳吸附劑即接觸容器打開後所放置的環境。含奈米多孔碳之氡偵測用容器活化與使用相關的書面標記提供在容器上或與容器相連。

該封裝的碳吸附劑提供在居住與商業物業中快速測試氣體的解決方案，例如在涉及銷售或權力轉移的不動產交易中施行的例行性測試。在一些情況下，鑑於特定地理區域的地質歷史，此區域需例行性氣體分析。例如，在美國東北部，因該區特有的地質組成會形成氡，故將例行性測試氡。

氡監視亦越來越常在世界各地的地質活動區進行，包括斷層區(地震)和火山群區。近來研究顯示發生斷層移動而引發地震前，氡含量將變多，此內容例如參見http://www.medicaljournal-ias.org/3_3/Khan1.pdf和http://www.accesstoenergy.com/view/atearchive/s76a2283.htm。在特定實施例中，本發明提出利用本發明高性能碳吸附材料來吸附吸取該氡氣，以監視存在或流入氡量，從而預測斷層移動及/或地震。定期使新罐接觸環境並持續一段預定時間，即能輕易利用含碳吸附劑的容器持續收集周圍環境的氡氣。

例如，可於每天早上9點，打開新罐及讓新罐持續接觸周圍環境1小時，然後重新蓋上或以其他方式封罐，隨後在封閉測試室中加熱吸附劑而釋放吸附氣體供分析進行，例如利用質譜法、核磁共振法(NMR)、紅外光譜法(FTIR)、氣相層析質譜法(GC-MS)、感應耦合電漿質譜法(ICP-MS)，或其他適合定量罐所吸附氡氣量的分析技術。故縱貫研究一連串接觸周圍環境的對應罐所捕獲的連續氣體樣品可提供資料顯示：經過足以支持預測評估受到監視的環境場所的一段時間後，氡氣特性是否穩定、下降或上升。

亦可採用其他吸附劑接觸技術和分析方法來就氡氣或其他預定氣體物種或流體成分方面，測定特定環境和附近區域的安全性。

本發明亦提出處理或改質碳吸附劑，以增強碳吸附劑吸附氡的特性，例如修改孔隙度以最佳化吸附劑的氡吸附容量。熟習此技術者可基於本文對吸附劑做不同改質及憑經驗測試所得吸附劑的吸附裝載容量。

依此，碳吸附劑接觸周圍環境時將快速吸附環境的氣體，因而可分析監視環境氣體。

在另一特定應用中，本發明提出利用本發明碳吸附劑來回收含氙氣之混合氣體中的氙氣。氙呈現獨特的稀有氣體行為，例如形成二氟化氙，然氙在地球上的天然含量很少，是以非常昂貴。

二氟化氙可用於半導體製造操作做為清潔氣體。在位於美國康乃狄克州Danbury的ATMI公司所市售的商品Autoclean應用中，封裝型二氟化氙提供用於清潔離子佈植系統，包括清潔離子源腔室和該離子源腔室內表面與部件。在此應用中，二氟化氙與離子佈植系統中的沉積物反應，使二氟化氙(XeF₂)試劑的氟成分與沉積物的元素化合形成對應的氣態氟化物，以藉由該反應移除沉積物。在特定應用中，二氟化氙遭離子化而產生對應電漿，電漿將與腔室中欲清潔的沉積物反應。

在此二氟化氙清潔操作中，將產生氙元素及/或離子而變成清潔操作的流出物成分。流出物經減弱製程處理，該減弱製程處理對移除氙成分無效。此氙成分隨後排放到大氣，以致損失此重大價值的氙。

二氟化氙亦適於其他半導體製造應用，例如選擇性移除微機電系統(MEMS)應用的矽及清潔化學氣相沉積(CVD)腔室。

在此應用中，二氟化氙很容易在表面解離形成氟原子，氟原子做為蝕刻劑和中間產物具高反應性。接觸砷、磷、硼、矽或鍺後，氟原子立即產生蝕刻副產物AsF₃、PF₃、BF₃、SiF₄和GeF₄，該等蝕刻副產物很容易移出佈植機或CVD腔室。

在特定實施中，本發明採用碳吸附劑來吸附捕獲氙氣，以回收及再利用氙氣。

此方式的重大挑戰在於，欲回收的氙係與二氟化氙混合，且二氟化氙會活化產生碳吸附劑氟化而導致碳吸附劑部分降解。若碳吸附劑繼續降解，則會嚴重損害碳吸附劑吸附容量和效用。然發現，使含氙與二氟化氙的混合物接觸低溫可將二氟化氙凝結成固態材料，且藉以從含Xe/XeF₂的混合物中移除二氟化氙，再使所得二氟化氙減少的流體接觸碳吸附劑。令人驚訝的是，二氟化氙可於碳吸附劑上游快速、有效凝結，以從混合氣體移除實質所有二氟化氙，又無二氟化氙留存或對碳吸附劑造成不良影響。

在此，特別有效的設備構造包括低溫區，該低溫區在碳吸附劑上游設置用於將二氟化氙凝結成固態材料。由於吸附裝載量與吸附接觸溫度成反比，故低溫凝結區可設置緊鄰碳吸附劑，以藉由讓碳吸附劑接觸低溫氣體而增加氙氣吸附容量。當氙/二氟化氙混合氣體連續流入低溫凝結區，接著流到碳吸附劑時，可同時移除二氟化氙及吸附捕獲氙氣而達成高度協同作用。

低溫凝結區及/或處理系統的碳吸附劑區可採用超大氣壓，以有效固態凝結二氟化氙(如同逆向昇華操作)及吸附捕獲碳吸附劑區的氙氣。

可以適當方式配置碳吸附劑區。在一實施例中，碳吸附劑置於氙捕獲容器中當作吸附床或附聚團塊，其中移除二氟化氙產生的氙氣流流入氙捕獲容器而由碳吸附劑吸附移除氙氣。為此，可冷卻容器來降低內裝吸附劑的溫度，進而相應提高吸附劑的裝載容量，以確保快速且完全地捕獲氙氣。

以氙氣填充氙捕獲容器後，可關閉容器，例如手動或自動關閉該容器閥頭的閥，隨後將容器移出冷卻設備，接著在周圍溫度下達到平衡。然後將含回收氙氣的氙捕獲容器輸送到再利用或再處理位置。在一些情況下，出自捕獲容器的氙氣純度已容許直接再利用，亦即捕獲容器隨後即可做為氙氣的儲存與分配容器。

應理解在第一種情況下，含氙和二氟化氙的混合氣體可能含有其他流體物種，且結合低溫移除二氟化氙及吸附捕獲氙氣的混合氣體可經歷其他處理操作，以移除混合氣體中的其他流體物種。該附加處理可在上游，或在低溫凝結二氟化氙前或凝結移除二氟化氙後施行，再使凝結移除二氟化氙產生的含氙氣體進行氙氣的吸附捕獲。

碳吸附劑將快速吸取氙氣。熱分解聚合物起始材料或進行熱解後處理，可提供適當孔徑和孔徑分布，該孔徑和孔徑分布經特別修改成適合氙氣吸附，而使碳吸附劑相較於其他氣態物種對氙具選擇性。

本發明提出從氙/氮混合氣體回收氙，其中此混合氣體經處理以移除混合物中的氮氣而產生氙氣供再循環、再利用或其他處置。在一特定實施例中，從包括氙、氮、四氟化矽和四氟化碳的混合氣體回收氙。

本發明吸附捕獲技術的其他應用包括從混合氣體或含混合氣體的環境回收諸如氪、六氟化硫、四氟化碳和氯矽烷等氣體物種。

以吸附回收作為代表性氣體物種之氙的應用為例，氙除用於前述清潔操作外，氙通常亦可用於許多製程。在半導體製造中，除清潔離子佈植機和化學氣相沉積設備外，氙可用於積體電路製造做為遠紫外線(EUV)微影技術的激發介質，該積體電路製造涉及高深寬比蝕刻；及用於使聚合物交聯而增強蝕刻操作期間的光阻保護。除半導體製造外，氙亦可當作離子推進機的燃料、用於照明與顯示器的高亮度低能量照燈，和做為麻醉與創傷醫療應用。

由於氙具高價值，故在使用氙的應用中回收氙變得十分重要。本發明的吸附捕獲配置可與第一種情況下隔離氙以進行回收的現有製程整合。一現有製程為Air Products & Chemicals公司(位於美國賓州Allentown)所販售的商品XeCovery，其中真空振擺吸附(VSA)依美國專利第7,285,154號所揭示之配置方式使用，該專利之揭示內容以引用方式在此全部併入本文中。該XeCovery製程能從含氙的處理流萃取出低至百萬分之一等級的氙而製造含回收氙(通常含有低至百分之一等級)的濃縮混合物，混合物係利用蒸餾或其他回收技術壓縮及儲存而供後續處理。此製程可依據本發明一態樣修改，以利用本發明碳吸附劑有效吸附捕獲濃縮混合物中的氙，濃縮混合物例如含有氮和氙，且含有氙濃度為百分之一等級。

就回收特定可回收氣體而言，碳吸附劑可製備成具有預定氣體物種(如氙、氪、氡、四氟化碳、六氟化二碳、六氟化硫等)所要的特定性質。如前所述，聚偏二氯乙烯(PVDC)基有機碳係非常有利的且很容易修改成適合該等應用的特定選擇性、孔徑、孔徑分布、孔洞密度和裝載容量特性。

可藉由熱分解PVDC起始材料完成該修改，包括以控制方式進行去鹵氫反應而提供所要形式的碳吸附劑，例如碳粉、碳丸、碳塊或其他適合碳形式。分解與反應速率可選擇性地視欲控制形成具所要性質的碳吸附劑而定。

在本發明利用吸附劑來捕獲及回收流體物種的各種應用中，可以不同配置方式利用吸附劑。例如，吸附劑可置於不同容器內，容器為串接配置以讓氣體依序流過各容器。或者，含吸附劑的容器可並聯配置，其中吸附劑做為固定床或團塊，或當作像床一樣的流體，或呈其他配置方式。在該並聯配置下，陣列中的各容器可配設適當閥、歧管等，以達轉換容器的目的，如此內裝吸附劑可釋出捕獲的流體而使離流(off-stream)容器再生，釋出流體則流向主體貯液槽、再處理設施或其他處置設備。

就串聯配置含吸附劑的容器而論，如當第一容器更換成新的含吸附劑的容器時，此配置方式容許在完全裝載吸附物種前，裝載及濃縮串接的最初容器內的可回收吸附物種，隨後可中止使用最初容器，並將流入氣流導向陣列中第二個含吸附劑的容器。接著調整通過各容器的流動路徑，使新容器變成串接容器處理配置中的最後一個容器，且各容器於使用期間可依序移位，如此各容器可往上移動、往下移動或以其他方式從容器陣列的最初位置前進到第二、第三等位置。

此串聯配置有益於確保完全捕獲可回收的吸附材料，使串聯配置中的下一容器捕獲吸附材料，該吸附材料未被串聯配置中的前一容器吸附捕獲。

另外，該串聯配置可經配置以重新構造流動迴路，以選擇性隔離或繞過特定容器來進行更換或利用，或進行回收操作，該等例如涉及減壓及/或加熱容器，使回收的吸附物脫附而從捕獲容器流到貯液槽、保留設施、再處理單元或做其他用途。

在本發明的不同實施例中，含吸附劑的容器亦可利用適當控制與監視系統配置在移動式平臺或支撐結構上，如此裝設或支撐陣列中的含吸附劑的容器例如可在迴轉料架支撐件上移動而與相連流動迴路呈流體捕獲關係，使容器耦接供應吸附材料的供給管線，並由耦接該供給管線的容器內的吸附劑捕獲吸附材料。待耦接流動迴路的含吸附劑的容器完成必要填充後，移動容器陣列，以解開已填充容器及接上新容器繼續進行操作。

此外，本發明提出配置方式，在該配置方式中流體捕獲容器含有多種(如兩種或兩種以上)不同的吸附材料。故本發明提出提供複合吸附床做為不同吸附劑混合物的流體捕獲容器。該等混合物可為微粒、粒狀、丸狀或其他不連續形式的不同吸附劑混合物。混合物亦可固結成一元形式，例如複合單塊，複合單塊含有不同吸附物種，該等不同吸附物種對欲接觸混合氣體中的不同氣體成分具選擇性。單塊可具均質性，且各種吸附成分實質均勻分散於整個單一團塊。或者，複合單塊可由異質成分形成，其中第一吸附劑定位在單塊的第一區域，第二吸附劑定位在單塊的另一區域等。以使用不同碳材料的該異質組成為例，可利用疊層技術形成單塊，其中如聚合物樹脂等不同前驅物材料片或層配置成堆疊結構，堆疊結構隨後熱解而成多層多吸附劑單塊。

本發明的廣泛實務尚涵蓋串聯配置含吸附劑的容器，其中構成容器各自含有多種吸附物種，例如做為在特定容器內串接的分離床，或呈其他配置方式。在此，在不同應用中，使用具內部流動導向結構(如平板、擋板、風扇、螺旋分散元件等)的容器係有利的。

該流動導向結構可垂直、水平或按任何姿態或位向配置，以適當提供所要流體動力氣流來接觸容器內的吸附劑。依此方式，含吸附劑的容器可經劃分使流體流例如盡量接觸吸附劑，或以其他方式延長流體流在含吸附劑的容器內的停留時間，並達成可回收吸附物種的必要捕獲。

在採用單塊或塊狀吸附劑的情況下，可製造、處理或配置來調整吸附物件的側邊和表面，以例如容許或阻礙內含吸附物種的氣體流動而形成所要流體流動路徑通過容器的內部容積。例如，單塊吸附劑內部可形成流動導向通道，如此能最有效利用吸附劑的總體積。

利用特定流體引入配置，亦可促進或增強含吸附物的氣體流入流體捕獲容器而接觸內裝吸附劑。例如，可在吸附床或單塊的整個截面範圍配置噴淋頭或噴嘴供氣體流入。

本發明的流體捕獲容器和製程與系統可偕同各種測定流體捕獲容器終點操作的裝置、系統和技術實施，即當流體捕獲容器已裝載達最大或其他所要裝載量時，可免除此流體捕獲容器進行活化捕獲使用。藉由適當監視、偵測及分析容器或容器陣列之吸附劑的捕獲流體裝載量，可達成該等終點測定。例如，可利用通過流體捕獲容器的氣體流率變化或氣體壓力變化，或獲得表示裝載所要或最大量可吸附流體的特定流體容器重量，或總計接觸吸附劑的氣體及監視預定流體物種濃度，或以能有效表明吸附劑對預定可回收流體發生或開始飽和(或獲得特定吸附劑裝載量)的任何其他適合方式來測定終點。

將理解依據本發明所用含吸附劑的容器的幾何形狀、證實和構造在實踐上十分多樣，以達成特定流體接觸配置和結果，進而捕獲引入流體捕獲容器的流入氣體的所要流體成分。

本發明的特徵與優點和本文所揭示系統與製程在配合參閱說明書和第1至26圖後，將變得更清楚易懂。

現參看圖式，第1圖為二氟化氙清潔系統10的示意圖，其中出自清潔操作的含氙流出物經處理後，可從二氟化氙分離出氙及捕獲氙副產物。

在此二氟化氙清潔系統中，含二氟化氙的儲存與分配容器12由排放埠16耦接供給管線18，以分配二氟化氙。排放埠16由容器閥頭14提供，閥頭耦接手動調整輪15，以依需求打開/關閉或調節閥頭14的閥。容器12亦可配設自動閥致動器來代替手動調整輪15，以進行自動操作。

從容器12排到供給管線18的二氟化氙流入處理腔室20，以清潔此腔室。腔室例如可包含離子佈植弧室、離子源外殼或離子佈植機的其他隔室。腔室或可包含化學氣相沉積(CVD)設備的沉積腔室。又，腔室可為任何適合類型，其中藉由使二氟化氙流入腔室而接觸內表面和內部部件，可輕易移除沉積物或污染物。

腔室20進行的清潔操作將產生流出物，流出物經由流出物排放管線21排放，且除了由供給管線18引入腔室20的二氟化氙流中的未反應二氟化氙外，流出物亦含有氙。

含氙與二氟化氙的混合氣體從流出物排放管線21進入低溫分離腔室22，其中混合氣體中的二氟化氙凝結成固態，因而從流入混合氣體中的氙氣分離出二氟化氙。分離的氙氣接著經由管線24從低溫分離腔室22流向氙流體捕獲容器30的閥頭28的入口埠26。如圖所示，閥頭28包括手動操縱輪27。或者，氙捕獲容器30可裝配自動閥致動器，以操作容器閥頭28的閥。

回收流體捕獲容器40的氙氣後，中斷低溫分離腔室22的冷凍作用，例如關閉冷凍閥、停止冷凍單元或以其他適當方式，如此腔室22將變暖而使二氟化氙昇華成蒸汽形式。二氟化氙蒸汽經由管線34流向二氟化氙容器40的閥頭38的入口埠36，閥和閥頭38則打開讓二氟化氙氣體流入容器40。為此，可手動打開容器40的操縱輪42，或者可不設置手動操縱輪42，而是裝設自動閥致動器組件，以依需求打開及關閉閥頭38的閥。

利用第1圖配置方式，可回收氙/二氟化氙混合氣體的氙成分供再利用或其他回收處置。在所示特定配置方式下，二氟化氙係個別回收，但亦可從管線34再循環到供給管線18，或直接流到腔室20供清潔操作再利用。

第2圖為氙/氮分離系統50的示意圖，其中混合氣體經處理以回收氙成分。氙/氮混合氣體經由管線52引入回收系統，並經由歧管管線54流到兩個在流(on-stream)吸附容器56、64的其中之一者，容器各自含有能選擇性吸附氙的碳吸附劑，第2圖圖示吸附容器56的局部截面中含有吸附劑58。操作期間，在從分離系統50處理的氙/氮氣流捕獲必要氙氣量之後，兩個吸附容器56、64的其中之一者處於在流而活化捕獲氙，另一吸附容器則處於離流而再生或等待轉換各容器。

故可適當裝閥於分離系統50的供給管線、排放管線和歧管管線，使各容器在在流與離流條件間交替，且該等閥可操作配置成由循環計時系統控制或以其他配置方式控制，以確保操作的連續性。

在第2圖所示系統中，容器56可為在流容器，氙/氮混合氣體從歧管管線54進入此容器，氙被容器內的碳吸附劑58捕獲，氮氣則由管線62排出系統，該氮氣做為非吸附物種。同時，容器64處於離流，且容器可經再生操作處理，例如加熱容器和內含吸附劑使先前吸附的氙氣脫附，脫附氙氣由排放管線68排出容器64，由此氙可再循環、封裝或做為其他用途或處置。

隨後，當容器56完成吸附循環時，即進行切換，氙/氮混合物接著從歧管管線54流到容器64，讓容器64內的吸附劑捕獲氙，並將氮排放到排放歧管60和排放管線62。容器56隨即將再生而釋放吸附劑58先前吸附的氙，使氙從排放管線66離開容器56，然後再循環、封裝或做為其他用途或處置。

第3圖為吸附容器80、82、84的串接陣列示意圖，吸附容器用於回收高價值氣體。包括一或更多種高價值氣體物種的流入氣體經由入口管線92流入含吸附劑86的吸附容器80，以利用吸附劑捕獲預定高價值氣體。所得接觸氣體接著經由輸送管線94流入含吸附劑88的吸附容器82而接觸此吸附劑，然後所得接觸氣體經由輸送管線96流入含吸附劑90的吸附容器84，自此最後接觸氣體由流出管線98排出。如圖所示，串聯配置的各容器可各自具有不同尺寸和形狀。

第4圖為吸附容器100、102的串接配置示意圖，其中各吸附容器含有多種不同吸附介質的吸附床。流入氣體經由管線116進入吸附容器100，該吸附容器100含複合吸附劑，複合吸附劑包括吸附劑104和不同吸附劑106。接觸吸附劑104、106後的接觸氣體接著經由輸送管線118流入含吸附劑108、110、112的吸附容器102。接觸吸附劑108、110、112後的氣體接著由排放管線120排出吸附容器102。如此，流貫各吸附容器100、102的氣體將接觸五種不同吸附劑104、106、108、110、112。

第5圖為吸附容器130、148的串接配置示意圖，其中容器含有流動導向板元件陣列，以達到所要流體動力處理接觸各容器內之吸附介質的氣流。吸附容器130接收來自供給管線142的流入氣體，且吸附容器130在容器內部容積132設有流動導向擋板136、138、140。如此，來自供給管線142的流入氣體將沿著延長流動路徑轉向而廣泛接觸容器內的吸附劑(為清楚說明而未圖示)。各擋板136、138、140圖示為朝流動導向位置垂直定向。流過擋板路徑的氣體隨後排出容器130並經由輸送管線144流到吸附容器148。吸附容器148的內部容積150設有水平間隔的擋板152、156，擋板內各具界定延長流動路徑的開放區域，使氣體從輸送管線144引入內部容積150，接著由排放管線146排出容器148。

從第5圖可瞭解，擋板可採用任何適當配置方式和位向而於含吸附劑的容器內提供特定氣流方向，以確保氣體充分又完全地接觸各容器內的吸附介質(容器130或148均未圖示)。

第6圖為多個吸附容器的配置示意圖，其中外殼162的外殼內部容積170內容納各吸附容器164。外殼裝設在適合的旋轉式支撐件上，使外殼按迴轉料架方式朝第6圖箭頭A指示的方向旋轉而相繼耦接入口與出口導管166、168和多個吸附容器的特定其中之一者。依此方式，經過特定時間後，流入氣體流入吸附容器，且非吸附氣體則由此排出，直到特定在流容器的吸附劑上裝載吸附的氣體達最大量或預定量為止。

其後，迴轉料架經旋轉以解開入口與出口導管和在流容器，隨之與周圍連續配置容器中的下一接續吸附容器嚙合。為此，入口與出口導管和接續容器的入口與出口埠間的耦接可具快速連接/快速分開特性，以於氣體回收操作進行時，轉換容器順序。

第7圖為吸附容器180的示意圖，吸附容器180含有吸附床188，且吸附容器180耦接氣體入口管線182和氣體出口管線190。氣體從入口管線182經由分配構件200流到容器內部容積186，分配構件在該分配構件周圍具有多個氣流孔。是以氣體朝箭頭A指示的方向流入入口管線182、由分配構件200分配到吸附床188的整個截面及朝箭頭B指示的方向由氣體出口管線190排放。在此配置下，流入氣體含有吸附床188捕獲的吸附氣體，減少吸附物的流出物則由氣體出口管線190排出。

第8圖為吸附容器210的截面垂直立視圖，吸附容器210含有噴淋頭裝置216，流入氣體由噴淋頭裝置216引進而接觸容器內的吸附床212。噴淋頭裝置216設在容器內部容積214內，且噴淋頭裝置216配置以接收流入氣體，該流入氣體來自供給管線218，供給管線218連接噴淋頭裝置216。噴淋頭裝置216包括設於此裝置下排放面的排放開口，以將氣體分配遍及容器內的整個吸附床截面。

第9圖為吸附容器230的截面垂直立視圖，吸附容器230的內部容積240設有具噴嘴238的歧管裝置236，流入氣體由歧管裝置236引進而接觸容器內的吸附床250。歧管裝置236與氣體供給管線234結合呈流動供應關係。噴嘴238的數量和配置方式十分多樣，以達氣體接觸吸附床250所要的所要壓降和流動分布特性。

第10圖為吸附罐260的透視正視圖，吸附罐260具備偵測及監視氡氣的效用。吸附罐260包括罐型容器270，該罐型容器270含有許多碳吸附劑290，碳吸附劑290對氡氣具適當選擇性。容器270具有蓋子280，蓋子280經調整尺寸以嚙合容器270的開放上端，且在打開罐子270的蓋子280而露出碳吸附劑290來吸附存於罐子的環境的氡氣前，最好維持罐子的氣密性。

所示罐子的外表面可具印刷說明標籤292，以促進罐子使用。標籤292上的印刷說明例如指示使用者打開罐子及把打開的罐子放到特定環境(如住宅結構或辦公大樓的封閉室)，經過一段特定時間後，將罐子270重新蓋上蓋子280。接著把罐子270送到分析化學實驗室，以評估吸附材料接觸監視環境期間碳吸附劑290所吸附的氣體。該罐260內使用的碳吸附劑290可為任何對氡氣具親和性的適合類型，碳吸附劑290例如包含已經處理的PVDC系吸附材料，例如經由水或蒸汽處理和特定特性溫度與壓力條件，以提供具預定孔徑、孔徑分布、孔洞密度、氡裝載特性等的碳吸附劑。

第11至24圖圖示可用於本發明以回收特定應用的吸附氣體的各種流體捕獲容器細部。

第11圖為流體捕獲容器300的垂直立視圖，流體捕獲容器300用於從存有高價值氣體的製程或環境回收高價值氣體。流體捕獲容器300包括主要圓筒主體302，該主要圓筒主體302下緣表面大致平坦，故容器可保持直立在地板或其他支撐表面上的垂直位置。容器包括頸部304，頸部304例如藉由螺旋嚙合而由閥頭312關緊。主要圓筒主體302可具任何適當尺寸。在一較佳實施例中，此圓筒主體圍住的容積為49公升(L)。

閥頭312包括手動操縱輪308，在一實施例中，手動 操縱輪308可以自動閥致動器代替。在所示實施例中，閥頭為包括填充埠306和分配埠314的雙埠閥，其中填充埠306配設爆裂壓力裝置，以確保容器處於儲存模式時的安全性。

第12圖為第11圖流體捕獲容器的截面垂直立視圖，該圖圖示流體捕獲容器的內部元件。如圖所示，容器的內部容積設有用於自容器分配氣體的浸管316，浸管316具有浸管下部318。

第13圖為第11及12圖流體捕獲容器的透視圖。

第14圖為第11圖流體捕獲容器上部的截面立視圖。如圖所示，填充埠306配置成連通過濾器330，以確保氣體不含微粒物質和固態污染物。

第15圖為第11至14圖流體捕獲容器的閥頭與浸管組件的透視圖。

第16圖為第15圖閥頭與浸管組件的分解透視圖。

第17圖為第15圖閥頭與浸管組件上部的分解透視圖，該圖圖示上部細部。浸管組件的零件和部件數量係相應第11至16圖對應的零件和部件配設。浸管組件包括浸管316、連接轉接管332和大小頭334。

第18圖為第15圖浸管組件下部的分解透視圖，該圖圖示浸管316和設於浸管下端的過濾元件319。

第19至23圖圖示流體捕獲容器的閥頭的各種角度視圖，其中部件和零件數量係相應第11至18圖配設。

第19圖為第11至14圖流體捕獲容器的閥頭的上視平 面圖。

第20圖為第11至14圖流體捕獲容器的閥頭的透視圖。

第21圖為第11至14圖流體捕獲容器的閥頭的正視圖。

第22圖為第11至14圖流體捕獲容器的閥頭的截面立視圖。

第23圖為第11至14圖流體捕獲容器的閥頭的底視平面圖。

第24圖為類似參看第11至14圖所示且描述之類型的流體捕獲容器的閥頭分解視圖。閥頭412包括內具開口的閥體，爆破膈膜416和洩壓裝置415則設置在該閥體中。閥體分解圖圖示座銷403、座件402、壓蓋螺母墊圈409、下心軸404、上心軸410、O形環411和壓蓋螺母417。閥體分解圖亦圖示下襯墊支架405、山形襯墊406、上襯墊支架407、杯形墊圈408、閥操縱輪413和操縱輪嵌件414。

應理解本發明的流體捕獲容器可配置成任何適當形式，若可回收氣體與該非吸附氣體混合，則容器將接收可回收氣體而接觸容器內部容積內的吸附劑，並於接觸操作期間，排放對吸附劑無吸附親和性的非吸附氣體。

第25圖為利用第11至24圖所示類型的流體捕獲容器512的氙回收設施500的透視圖。

如第25圖所示，含氙混合氣體經由供給管線502流到真空泵504或其他處理介面。含氙混合氣體經由管線506從處理介面流向氙濃縮單元508。在氙濃縮單元中，氙氣可濃縮成比流入物高的濃度。濃縮氙氣接著經由管線510流到氙捕獲容器512。

含氙氣體從管線510流入及流貫此容器內的碳吸附劑590，使得碳吸附劑吸附吸取氙，且減氙氣體則排出容器而至回收管線520，減氙氣體接著從回收管線520再循環到供給氣體管線506而至氙濃縮單元。

所示氙回收單元508包括一對吸附容器530、532，容器各自含有碳吸附床580。床經分支配設入口歧管524和出口歧管522，歧管分別配設適當閥，以轉換各容器530、532，如此各容器中之一容器可活化處理含氙氣體而由碳吸附劑吸附含氙氣體，另一容器則為離流，且在離流期間藉由淨化而再生。

為此，出口歧管522可耦接淨化氣源540，讓淨化氣體從該氣源經由管線542流到入口歧管，藉以逆流淨化離流容器。在此配置下，入口歧管經由淨化氣體排放管線552耦接淨化氣體處理單元550，淨化氣體將由淨化氣體處理單元處理，該淨化氣體自床排出及在離流容器中再生。

吸附含氙之供給混合氣體中的氙達預定量或吸附預定時間後，即可將在流容器洩放減壓，使先前吸附的氙釋放到出口歧管522，然後經由管線510流到回收容器512。接著將該容器離線及再生處理(如淨化)，另一先前離流容器則接收含氙氣體及進行活化吸附處理，以吸附移除流入混合氣體中的氙。

如第25圖示意所示，氙濃縮單元508中的容器530、532亦可配置以分別利用加熱線圈560、562加熱而進行脫附。

應理解此系統為此技術領域所熟知及泛用，故本文僅示意圖示及概略說明氙濃縮單元508的操作和構造細部。

另一操作變化例包括使富含氙(Xe)的混合氣體流入氙捕獲容器，氣體的氙成分由碳吸附劑吸附，且非吸附氮氣存於吸附床的空隙和吸附床上方的前端空間。此配置方式容許在打開容器後，即可在先前吸附的氙脫附前，慢慢地從容器抽出非吸附氮。為此，含吸附氙且非吸附空隙與前端空間「無」氮的捕獲容器經冷卻達確保吸附劑「牢牢」吸附氙的溫度，以於氙脫附供再利用或進一步處理前，從容器「吹掉」(即釋放)氮。

使用具氙濃縮單元的氙捕獲容器提供了顯著的經濟優勢。例如，相較於使濃縮成含百分之幾的氙的氮混合氣體流入多個空容器(不含吸附劑)以進一步分離處理及濃縮氙的情況，含本發明單塊碳吸附劑的單一氙捕獲容器可代替29個具相當體積容量的空容器。如此可實質減少所需容器數量及降低儲存、運送及處理相關的成本。

本發明提供從含氙氣的處理流、材料或環境回收氙氣的方法，方法包含使出自該處理流、材料或環境的含氙氣體接觸具前述特性的碳吸附劑，碳吸附劑能有效吸附捕獲氙。

在此方法中，在該接觸前，處理含氙氣體以移除含氙氣體中一或更多種成分係有利的，該一或更多種成分對此吸附劑有害。一或更多種成分包括二氟化氙和氮的至少一者。例如，該等成分可包括氮，則含氙氣體經處理以從中吸附移除氮而產生減氮氣體供進一步接觸。例如，該等成分或可或額外包括二氟化氙，則含氙氣體經處理使該二氟化氙凝結成固態形式而產生二氟化氙減少的氣體供進一步接觸。

第26圖為本發明的碳吸附劑對氮與氙的吸附等溫線曲線圖，該碳吸附劑特別適於氙吸附。圖上註記基於該等等溫線計算的分離因子為7.67。

應瞭解本發明涵蓋各種採用碳吸附劑的設備和方法。

在一變化例中，本發明提出氙捕獲設備，包含：圍阻容器；本發明的碳吸附劑，碳吸附劑置於圍阻容器內，其中碳吸附劑對氙氣具選擇性。

氙捕獲設備可包括圍阻容器，此圍阻容器適於讓含氙氣體流貫，使碳吸附劑選擇性吸附含氙氣體的氙氣，且容器容許含氙氣體的非氙氣成分排出。氙捕獲設備或可包括圍阻容器，此圍阻容器適於讓含氙氣體流貫，又不會同時將氣體排出圍阻容器。

氙捕獲設備可配設圍阻容器，此圍阻容器與含氙氣源配置成流動接收關係。氙捕獲設備可配設含氙氣源，含氙氣源包含氙濃縮單元，氙濃縮單元將含氙氣體的氙濃度從百萬分之一等級提高成百分之一等級。在另一變化例中，含氙氣源可包括離子佈植設備，離子佈植設備配置以接收二氟化氙清潔氣體，該二氟化氙清潔氣體出自二氟化氙源。二氟化氙源例如包含來源容器，來源容器在支撐基質上含有二氟化氙。

在又一態樣中，本發明提出氡監視組件，包含：容器；蓋子，該蓋子嚙合該容器，以封閉容器的內部容積；碳吸附劑，該碳吸附劑置於該容器內，此碳吸附劑對大氣氣體相關的氡具選擇性；以及書面標記，書面標記包含氡監視組件的使用說明。

書面標記具體說明此監視用的暫時性接觸。

本發明的另一態樣係關於在易存在或流入氡的場所中偵測氡污染的方法，方法包含將上述氡監視組件放到目標場所，氡監視組件為開蓋狀態而讓碳吸附劑接觸周圍氣體，以及經過預定時間後，重新蓋上容器，以提供內裝樣品供氡污染分析測試用。

本發明的另一態樣係關於從含高價值氣體的處理流、材料或環境回收高價值氣體的方法，方法包含使處理流、材料或來自該環境的樣品接觸碳吸附劑，該碳吸附劑對高價值氣體具選擇性。

前述碳吸附劑可為微粒或單塊形式。碳吸附劑可為聚偏二氯乙烯樹脂的熱解產物，例如其中熱解產物熱解後已經處理，以改變碳吸附劑吸取高價值氣體的孔隙度，例如經由包括水、蒸汽、滲透氣體、高溫和高壓的至少一處理方式處理熱解產物。此吸附劑可為單塊形式。

吸附劑亦可置於多個吸附容器內，供處理流、材料或來自目標環境的樣品流過以進行接觸。在不同實施例中，多個吸附容器的至少一些容器具有不同尺寸，及/或多個吸附容器含有不同吸附劑。配置方式可包括使多個吸附容器的至少一者內含多種吸附劑。容器可包含擋板、平板或其他流動導向元件。容器可配置成一元陣列進行旋轉，以一次經由多個容器的選定容器供給氣體。

在上述各種配置方式中，處理流、材料或來自目標環境的樣品流過噴淋頭裝置或噴嘴裝設歧管而至吸附劑進行接觸。

在另一態樣中，本發明係關於從含高價值氣體的處理流、材料或環境回收高價值氣體的系統，其中系統包括本發明的碳吸附劑，碳吸附劑配置用於接觸處理流、材料或來自目標環境的樣品，以吸附捕獲高價值氣體。碳吸附劑可為聚偏二氯乙烯樹脂的熱解產物，例如熱解產物熱解後已經處理，以改變碳吸附劑吸取高價值氣體的孔隙度，例如經由包括水、蒸汽、滲透氣體、高溫和高壓的至少一處理方式處理熱解產物。為此，碳吸附劑可為單塊或微粒形式。

在此系統中，吸附劑可置於多個吸附容器內，供處理流、材料或來自環境的樣品流過而接觸吸附劑。不同實施例包括一些配置方式，其中：多個吸附容器的至少一些容器具有不同尺寸；多個吸附容器含有不同吸附劑；多個吸附容器的至少一者內含多種吸附劑；容器包含擋板、平板或其他流動導向元件；容器配置成一元陣列進行旋轉，以一次經由多個容器的選定容器供給氣體；以及配置方式，其中處理流、材料或來自目標環境的樣品流過噴淋頭裝置或噴嘴裝設歧管而至吸附劑進行接觸。

因此，本發明提出碳吸附劑的各種使用應用，碳吸附劑的整體密度為750公斤/立方公尺(kg/m³)至1300公斤/立方公尺(kg/m³)，且大多數孔洞的孔隙度為5埃至8埃。此碳吸附劑特別有利於回收氙，和用於吸附捕獲其他小分子物種、及儲存與隨後分配該等物種。

雖然本發明已參照特定態樣、特徵和說明性實施例揭露如上，然應瞭解該等特定態樣、特徵和說明性實施例並非用以限定本發明之效用，而是本發明之效用可延伸和涵蓋許多其他更動、潤飾與替代實施例，如將基於本文之揭示內容將本發明之效用自身對本發明之領域中之一般技術者所建議。相應地，意欲廣泛分析與解釋如在下文中主張之本發明，如在本發明精神及範疇之內包括所有該等變化、修改及替代實施例。

10．．．清潔系統

12、30、40．．．容器

14、28、38．．．閥頭

16．．．排放埠

18、21、24、34．．．管線

20、22．．．腔室

26、36．．．入口埠

27、42．．．操縱輪

50．．．分離系統

52、54、62．．．管線

56、64．．．容器

58．．．吸附劑

60．．．歧管

66、68．．．管線

80、82、84．．．容器

86、88、90．．．吸附劑

92、94、96、98．．．管線

100、102．．．容器

104、106、108、110、112．．．吸附劑

116、118、120．．．管線

130、148．．．容器

132、150．．．內部容積

136、138、140．．．擋板

142、144、146．．．管線

152、156．．．擋板

162．．．外殼

164．．．容器

166、168．．．導管

170．．．內部容積

180．．．容器

182、190．．．管線

186．．．內部容積

188．．．吸附床

200．．．分配構件

210．．．容器

212．．．吸附床

214．．．內部容積

216．．．噴淋頭裝置

218．．．管線

230．．．容器

234．．．管線

236．．．歧管裝置

238．．．噴嘴

240．．．內部容積

250．．．吸附床

260．．．吸附罐

270．．．容器

280．．．蓋子

290．．．吸附劑

292．．．標籤

300．．．容器

302．．．圓筒主體

304．．．頸部

306．．．填充埠

308．．．操縱輪

312．．．閥頭

314．．．分配埠

316．．．浸管

318．．．浸管下部

330．．．過濾器

332．．．轉接管

334．．．大小頭

402．．．座件

403．．．座銷

404、410．．．心軸

405、407．．．支架

406．．．山形襯墊

408．．．杯形墊圈

409．．．壓蓋螺母墊圈

411．．．O形環

412．．．閥頭

413．．．操縱輪

414．．．嵌件

415．．．洩壓裝置

416．．．爆破膈膜

500．．．設施

502、506、510．．．管線

504．．．真空泵

508．．．氙濃縮單元

512、530、532．．．容器

520、542、552．．．管線

522、524．．．歧管

540．．．氣源

550．．．處理單元

560、562．．．線圈

580．．．床

590．．．吸附劑

A、B．．．箭頭

第1圖為二氟化氙清潔系統的示意圖，其中出自清潔操作的含氙流出物經處理以從二氟化氙分離出氙及捕獲氙副產物。

第2圖為氙/氮分離系統的示意圖，其中該混合氣體經處理以回收氙成分。

第3圖為吸附容器的串接陣列示意圖，吸附容器用於回收高價值氣體。

第4圖為吸附容器的串接配置示意圖，其中各吸附容器含有多種不同吸附介質的吸附床。

第5圖為吸附容器的串接配置示意圖，其中容器含有流動導向板元件陣列，以達成所要流體動力處理氣流，該氣流接觸各容器內之吸附介質。

第6圖為多個吸附容器的配置示意圖，其中外殼容納各吸附容器，外殼並按迴轉料架方式旋轉而相繼耦接入口與出口導管和多個吸附容器的特定其中之一。

第7圖為含吸附床之吸附容器的示意圖，其中供給氣體由分配構件引進，分配構件在該分配構件周圍具有多個氣流孔。

第8圖為吸附容器的截面垂直立視圖，吸附容器含有噴淋頭裝置，流入氣體由噴淋頭裝置引進而接觸容器內的吸附床。

第9圖為吸附容器的截面垂直立視圖，吸附容器含有歧管裝置，流入氣體由歧管裝置引進而接觸容器內的吸附床。

第10圖為吸附罐的透視正視圖，吸附罐具備偵測及監視氡氣的效用。

第11圖為流體捕獲容器的垂直立視圖，流體捕獲容器用於從存有高價值氣體的製程或環境回收高價值氣體。

第12圖為第11圖流體捕獲容器的截面垂直立視圖，該圖圖示流體捕獲容器的內部元件。

第13圖為第11及12圖流體捕獲容器的透視圖。

第14圖為第11圖流體捕獲容器上部的截面立視圖。

第15圖為第11至14圖流體捕獲容器的閥頭與浸管組件的透視圖。

第16圖為第15圖閥頭與浸管組件的分解透視圖。

第17圖為第15圖閥頭與浸管組件上部的分解透視圖。

第18圖為第15圖浸管組件下部的分解透視圖。

第19圖為第11至14圖流體捕獲容器的閥頭的上視平面圖。

第20圖為第11至14圖流體捕獲容器的閥頭的透視圖。

第21圖為第11至14圖流體捕獲容器的閥頭的正視圖。

第22圖為第11至14圖流體捕獲容器的閥頭的截面立視圖。

第23圖為第11至14圖流體捕獲容器的閥頭的底視平面圖。

第24圖為類似參看第11至14圖所示且描述之類型的流體捕獲容器的閥頭分解視圖。

第25圖為利用第11至24圖所示之類型的流體捕獲容器的氙回收設施的透視圖。

第26圖為適於氙吸附的碳吸附劑對氮與氙的吸附等溫線曲線圖，圖上註記基於該等等溫線計算的分離因子為7.67。

500．．．設施

502、506、510．．．管線

504．．．真空泵

508．．．氙濃縮單元

512、530、532．．．容器

520、542、552．．．管線

522、524．．．歧管

540．．．氣源

550．．．處理單元

560、562．．．線圈

580．．．床

590．．．吸附劑

Claims (45)

1. 一種從含氙氣的一處理流、材料或環境回收氙氣的方法，該方法包含以下步驟：使出自該處理流、材料或環境的一含氙氣體接觸一碳吸附劑，該碳吸附劑能有效吸附捕獲該含氙氣體，而去除或降低該處理流、材料或環境中的該含氙氣體中最初與該氙共存的流體物種的濃度，其中該碳吸附劑的一整體密度為750公斤/立方公尺(kg/m³)至1300公斤/立方公尺(kg/m³)，且大多數孔洞的一孔隙度為5埃至8埃。
2. 如請求項1之方法，其中在該接觸之步驟前，該含氙氣體經處理以移除該含氙氣體中一或更多種成分，該一或更多種成分對該吸附劑有害。
3. 如請求項2之方法，其中該一或更多種成分包括二氟化氙和氮的至少一者。
4. 如請求項2之方法，其中該一或更多種成分包括氮。
5. 如請求項4之方法，其中該含氙氣體經處理以從該含氙氣體吸附移除氮而產生一減氮氣體進行該接觸之步驟。
6. 如請求項2之方法，其中該一或更多種成分包括二氟化氙。
7. 如請求項6之方法，其中該含氙氣體經處理使該二氟化氙凝結成一固態形式而產生二氟化氙減少的一氣體以供該接觸之步驟進行。
8. 如請求項1之方法，其中該碳吸附劑的一整體密度為800公斤/立方公尺(kg/m³)至1200公斤/立方公尺(kg/m³)。
9. 如請求項8之方法，其中該碳吸附劑係一微粒形式。
10. 如請求項9之方法，其中該碳吸附劑係置於一流體圍阻容器內，該流體圍阻容器配置以接收該含氙氣體以供該接觸之步驟進行。
11. 如請求項8之方法，其中該碳吸附劑係一單塊形式。
12. 如請求項11之方法，其中該碳吸附劑係置於一流體圍阻容器，該流體圍阻容器配置以接收該含氙氣體以供該接觸之步驟進行。
13. 如請求項8之方法，其中該碳吸附劑係一聚偏二氯乙 烯樹脂的一熱解產物。
14. 如請求項13之方法，其中該碳吸附劑熱解後已經處理，以改變該碳吸附劑吸附氙的一孔隙度。
15. 如請求項14之方法，其中該碳吸附劑已經由包括水、蒸汽、滲透氣體、高溫和高壓的至少一處理方式處理，以改變該碳吸附劑吸附氙的一孔隙度。
16. 如請求項15之方法，其中該碳吸附劑係一單塊形式。
17. 如請求項1之方法，其中該含氙氣體由一氙回收製程供應，該氙回收製程將一來源混合氣體中的氙從百萬分之一等級濃縮成百分之一等級。
18. 如請求項1之方法，其中該含氙氣體由一半導體製造設備的一清潔製程供應，該清潔製程採用二氟化氙。
19. 如請求項18之方法，其中該清潔製程包含一電漿清潔製程。
20. 如請求項18之方法，其中該清潔製程不使用電漿。
21. 如請求項18之方法，其中該半導體製造設備包含一 離子佈植設備。
22. 如請求項1之方法，其中該碳吸附劑對氙的一體積吸附容量在273°K與1巴壓力下量測為至少125氙體積/碳吸附劑體積。
23. 如請求項1之方法，其中該碳吸附劑對氙與氮的一分離因子α_氙，氮為2至12。
24. 如請求項1之方法，其中該碳吸附劑對氙的一體積吸附容量在273°K與1巴壓力下量測為125至150氙體積/碳吸附劑體積，及該碳吸附劑對氙與氮的一分離因子α_氙，氮為2至12。
25. 一種氙捕獲設備，包含：一圍阻容器；以及一碳吸附劑，該碳吸附劑置於該圍阻容器內，其中該碳吸附劑對氙氣具選擇性，且其中該碳吸附劑的一整體密度為750公斤/立方公尺(kg/m³)至1300公斤/立方公尺(kg/m³)，且大多數孔洞的一孔隙度為5埃至8埃。
26. 如請求項25之氙捕獲設備，其中該圍阻容器適於讓一含氙氣體流貫，使該碳吸附劑選擇性吸附該含氙氣體的氙氣，且該容器容許該含氙氣體的至少一非氙氣成分 排出。
27. 如請求項25之氙捕獲設備，其中該圍阻容器適於讓該含氙氣體流貫，又不會同時將氣體排出該圍阻容器。
28. 如請求項25之氙捕獲設備，其中該圍阻容器與一含氙氣源配置成一流動接收關係。
29. 如請求項28之氙捕獲設備，其中該含氙氣源包含一氙濃縮單元，該氙濃縮單元將該含氙氣體的氙濃度從百萬分之一等級提高成百分之一等級。
30. 如請求項28之氙捕獲設備，其中該含氙氣源包含一離子佈植設備，該離子佈植設備配置以接收二氟化氙清潔氣體，該二氟化氙清潔氣體出自一二氟化氙源。
31. 如請求項30之氙捕獲設備，其中該二氟化氙源包含一來源容器，該來源容器在一支撐基質上含有二氟化氙。
32. 一種氡監視組件，包含：一容器；一蓋子，該蓋子嚙合該容器，以封閉該容器的一內部容積；一碳吸附劑，該碳吸附劑置於該容器內，其中該碳吸附 劑的一整體密度為750公斤/立方公尺(kg/m³)至1300公斤/立方公尺(kg/m³)，且大多數孔洞的一孔隙度為5埃至8埃，該碳吸附劑對大氣氣體相關的氡具選擇性；以及至少一書面標記，該書面標記包含該氡監視組件的使用說明。
33. 如請求項32之氡監視組件，其中該書面標記具體說明該監視用的暫時性接觸。
34. 一種在易存在或流入氡的一場所中偵測氡污染的方法，該方法包含以下步驟：將如請求項32之一氡監視組件放到該場所，該氡監視組件為一開蓋狀態而讓該碳吸附劑接觸一周圍氣體，以及經過一預定時間後，重新蓋上該容器，以提供一內裝樣品供氡污染分析測試用。
35. 一種碳吸附劑，該碳吸附劑的一整體密度為750公斤/立方公尺(kg/m³)至1300公斤/立方公尺(kg/m³)，且大多數孔洞的一孔隙度為5埃至8埃，及該碳吸附劑對氙的一體積吸附容量在273°K與1巴壓力下量測為至少125氙體積/碳吸附劑體積。
36. 如請求項35之碳吸附劑，其中該碳吸附劑係一熱解單塊形式。
37. 如請求項35之碳吸附劑，其中該碳吸附劑對氙與氮的一分離因子α_氙，氮為2至12。
38. 如請求項35之碳吸附劑，其中該碳吸附劑的一整體密度為800公斤/立方公尺(kg/m³)至1200公斤/立方公尺(kg/m³)。
39. 如請求項35之碳吸附劑，其中該碳吸附劑對氙的一體積吸附容量在273°K與1巴壓力下量測為125至150氙體積/碳吸附劑體積。
40. 如請求項35之碳吸附劑，其中該碳吸附劑對氙與氮的一分離因子α_氙，氮為至少5。
41. 如請求項35之碳吸附劑，其中該碳吸附劑對氙與氮的一分離因子α_氙，氮為2至12，該碳吸附劑對氙的一體積吸附容量在273°K與1巴壓力下量測為125至150氙體積/碳吸附劑體積，且該碳吸附劑的傳熱度為0.44-1.20Wm^-1K^-1。
42. 如請求項41之碳吸附劑，其中該碳吸附劑係一熱解單塊形式，該碳吸附劑的一整體密度為800公斤/立方公尺(kg/m³)至1200公斤/立方公尺(kg/m³)。
43. 如請求項41之碳吸附劑，其中該碳吸附劑對氙的一體積吸附容量在273°K與1巴壓力下量測為125至145氙體積/碳吸附劑體積。
44. 如請求項41之碳吸附劑，其中該碳吸附劑對氙與氮的一分離因子α_氙，氮為3至10。
45. 如請求項41之碳吸附劑，其中該碳吸附劑係一熱解單塊形式，熱解單塊形式係形成為一聚偏二氯乙烯樹脂的一熱解產物，該碳吸附劑對氙與氮的一分離因子α_氙，氮為4至8。