TWI767416B - 活性碳改質方法、濾網結構及其用途與濾材再生方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供活性碳改質方法，以及濾網結構、濾網結構之用途與濾材再生方法。活性碳改質方法由以下步驟組成：提供活性碳；使用雙氧水處理活性碳之表面以使活性碳形成改質活性碳；以及移除活性碳之表面之雙氧水。濾網結構包含改質活性碳，當中包含的濾材可耐受雙氧水以及100℃以上且120℃以下的溫度。濾材再生方法由以下步驟組成：提供如上述的濾網結構的濾材；使用雙氧水處理濾材；以及移除改質活性碳之表面之物質。

Description

活性碳改質方法、濾網結構及其用途與濾材再生方法
本發明關於活性碳改質方法，以及濾網結構、濾網結構之用途與濾材再生方法。更具體而言，本發明關於應用於半導體產業相關製程中去除含揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds，VOC)的氣態分子污染物(Airborne Molecular Contaminants，AMC)的活性碳改質方法，以及濾網結構、濾網結構之用途與濾材再生方法。
在例如半導體製造業的工業製造領域中，為了進一步提升產品良率，無塵室被廣泛使用以在潔淨、無汙染的隔離環境中進行產品的生產製造。
欲達成無塵室的環境要求，一般會在無塵室的進氣口架設風機及過濾設備，使氣流經由風機驅動通過過濾設備的濾網再進入無塵室，藉以過濾粉塵及各種有機、無機汙染物。
對於氣態分子污染物(Airborne Molecular Contaminants，AMC)當中的揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds，VOC)，例如苯、丙酮、異丙醇、乙酸乙酯、二甲基亞碸、乙醇胺、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯等， 常見的去除方式之一是使用活性碳材料吸附。其中，活性碳材料對於VOC中烷類、烯類、醚類、苯類化合物，透過其孔洞即可產生良好的物理性吸附效果。然而，對於VOC中的醇類、酮類、酸類、酯類化合物，若僅透過孔洞進行物理性吸附則效果較差。另一方面，對於使用過的活性碳材料，常見的再生方法有熱脫附及化學脫附。熱脫附以高溫脫附脂溶性VOC，材料耗損率甚高。化學脫附會有不可控的副產品而造成釋氣問題，反而會造成無塵室更多污染，這是先前技術的問題。尤其半導體先進製程的線寬越來越窄，具有腐蝕性的化學物質釋氣或是氧化劑釋氣均會造成良率下降。因此，如何有效去除低濃度(250μg/m3)的揮發性有機化合物，以及如何提高再生效果並減少材料耗損率，即為有待解決的問題。
本發明之目的在於提供一種活性碳改質方法，可製造對於低濃度的揮發性有機化合物具有較佳的去除效果的改質活性碳。
本發明之另一目的在於提供一種濾網結構，對於低濃度的揮發性有機化合物具有較佳的去除效果，且具有較佳的再生效果及較低的材料耗損率。
本發明之另一目的在於提供一種濾網結構作為去除氣態分子污染物所含揮發性有機化合物的用途，對於低濃度的揮發性有機化合物具有較佳的去除效果，且具有較佳的再生效果及較低的材料耗損率。
本發明之另一目的在於提供一種濾材再生方法，具有較佳的再生效果及較低的材料耗損率。
本發明之活性碳改質方法，由以下步驟組成：(A1000)提供活性碳；(A2000)使用雙氧水處理活性碳之表面以使活性碳形成改質活性碳；以及(A3000)移除活性碳之表面之雙氧水。
在本發明的實施例中，步驟A2000是將活性碳浸泡於雙氧水中。
在本發明的實施例中，雙氧水的濃度為2~50wt%。
在本發明的實施例中，步驟A3000由以下步驟組成：(A3100)使用水清洗改質活性碳；以及(A3200)將改質活性碳加熱至100℃以上且120℃以下的溫度。
在本發明的實施例中，步驟A3100是將改質活性碳浸泡於水中。
本發明之濾網結構包含第一網柵結構、第二網柵結構、以及濾材。第一網柵結構具有第一側面。第二網柵結構具有第二側面，其中第二網柵結構設置於第一網柵結構之一側以使第二側面朝向第一側面。濾材設置於第一側面及第二側面之間，包含上述的活性碳改質方法製成的改質活性碳。其中，濾材可耐受雙氧水以及100℃以上的溫度。
在本發明的實施例中，濾網結構不包含黏著劑。
本發明之濾材再生方法由以下步驟組成：(B1000)提供如上述的濾網結構的濾材；(B2000)使用雙氧水處理濾材：以及(B3000)移除改質活性碳之表面之物質。
在本發明的實施例中，步驟B2000是將濾材浸泡於雙氧水中。
在本發明的實施例中，雙氧水的濃度為2~50wt%。
在本發明的實施例中，步驟B3000由以下步驟組成：(B3100)使用水清洗濾材；以及(B3200)將濾材加熱至100℃以上且120℃以下的溫度。
在本發明的實施例中，步驟B3100是將濾材浸泡於水中。
100:第一網柵結構
101:第一側面
200:第二網柵結構
201:第二側面
300:濾材
900:濾網結構
A1000:步驟
A2000:步驟
A3000:步驟
B1000:步驟
B2000:步驟
B3000:步驟
圖1是本發明活性碳改質方法之實施例流程示意圖。
圖2是三重複測試結果圖。
圖3是本發明濾網結構之實施例示意圖。
圖4是本發明濾材再生方法之實施例流程示意圖。
如圖1所示之實施例流程示意圖，本發明之活性碳改質方法，由以下步驟組成。
步驟A1000，提供活性碳。更具體而言，是提供粒徑大小8~50mesh的活性碳顆粒。然而在不同實施例中，亦可使用例如柱狀、不規則塊狀或網狀的活性碳。
步驟A2000，使用雙氧水處理活性碳之表面以使活性碳形成改質活性碳。進一步而言，是透過雙氧水與活性碳之表面作用以增加活性碳的含氧官能基。其中，活性碳之表面泛指活性碳與外界接觸的面，包含未形成孔洞的外側面以及孔洞內側面。另一方面，與其他氧化劑相比，雙氧水易於去除而較不會殘留進一步造成釋氣，經濟廉價且廢液易於處理，又易於控制濃度及反應時間等製程參數，進而獲得穩定的製程品質。更具體而言，步驟是將活性碳浸泡於雙氧水中。雙氧水的濃度較佳為2~50wt%、pH值為7±2。然而在不同實施例中，可使用重複浸洗或噴灑等的方式，使活性碳的表面與雙氧水接觸反應。 雙氧水的濃度可根據溫度、與活性碳表面接觸的方式、活性碳的規格等因素而調整。
步驟A3000，移除改質活性碳之表面之雙氧水。更具體而言，可使用水清洗改質活性碳，以及將改質活性碳加熱至100℃以上且120℃以下的溫度。其中，所使用的水包含例如純水及去離子水。使用水清洗改質活性碳的方式包含將改質活性碳浸泡於水中、重複浸洗、或噴沖等。對改質活性碳的加熱，較佳是加熱至100℃以上且120℃以下。然而在不同實施例中，亦可使用靜置或真空乾燥等方式，移除改質活性碳之表面之雙氧水。以不同角度觀之，此步驟在於確保雙氧水在處理活性碳之表面以形成改質活性碳後，不會殘留在改質活性碳之表面。
以下對使用本發明活性碳改質方法製成的改質活性碳進行檢測。
改質活性碳的規格/製造方法
本發明的改質活性碳是使用以上活性碳改質方法製成，更具體而言，使用濃度30wt%雙氧水與去離子水配製成1000mL且濃度分別為4wt%、5wt%、15wt%、25wt%、26wt%的雙氧水，與活性碳300g混合後維持20min後以100℃烘乾即完成實驗組1A~1E。對照組1是未進行改質的活性碳，亦即直接使用活性碳300g。
改質活性碳對低濃度VOC的去除效果
將改質活性碳與對照組1進行低濃度揮發性有機化合物吸附分析。其中，選用異丙醇作為揮發性有機化合物待測物，測試條件為異丙醇濃度250μg/m3，風量：65.2 CMH。其結果如下表1所示。
表1
Figure 109140619-A0305-02-0008-1
由此可知由本發明活性碳改質方法製成的改質活性碳對於低濃度的揮發性有機化合物具有較佳的去除效果。其中，使用濃度15%的雙氧水改質後的效能最佳，有95%的異丙醇被濾除。此外，如圖2所示，經過三重複測試，CV值為3%，顯示其穩定度佳。
如圖3所示的實施例，本發明之濾網結構900包含第一網柵結構100、第二網柵結構200、以及濾材300。第一網柵結構100具有第一側面101。第二網柵結構200具有第二側面201，其中第二網柵結構200設置於第一網柵結構100之一側以使第二側面201朝向第一側面101。濾材300設置於第一側面101及第二側面201之間，包含前述由本發明活性碳改質方法製成的改質活性碳。其中，濾材300可耐受雙氧水以及100℃以上的溫度。
進一步而言，第一網柵結構100、第二網柵結構200可以選用例如不鏽鋼等合金或其他金屬、非金屬物體，並可設計為網狀或柵欄狀，供將濾材300夾置於第一側面101及第二側面201之間，並提供支撐、抗壓、耐衝擊所需的機械強度。其中，第一側面101及第二側面201與濾材300之間還可進一步設置例如不織布，便於使濾材300固定於第一側面101及第二側面201之間。以較佳實施 例而言，濾材300不含黏著劑，使其可耐受雙氧水以及100℃以上的溫度。在不同實施例中，濾材300可含有能耐受雙氧水以及100℃以上的溫度的黏著劑。
基於上述，第一網柵結構100、第二網柵結構200是用於支撐濾材300並提供抗壓、耐衝擊所需的機械強度，過濾效能取決於濾材300，由於濾材300包含前述由本發明活性碳改質方法製成的改質活性碳，因此濾網結構900對於低濃度的揮發性有機化合物具有較佳的去除效果。
如圖4所示的實施例流程示意圖，本發明之濾材再生方法由以下步驟組成。
步驟B1000，提供如上述的濾網結構的濾材。
步驟B2000，使用雙氧水處理濾材。更具體而言，是將濾材浸泡於雙氧水中，透過雙氧水與活性碳之表面作用以移除水溶性及脂溶性VOC。雙氧水的濃度較佳為2~50wt%、pH值為7±2。然而在不同實施例中，可使用重複浸洗或噴灑等的方式，使活性碳的表面與雙氧水接觸反應。雙氧水的濃度可根據溫度、與活性碳表面接觸的方式、活性碳的規格等因素而調整。然而在不同實施例中，可使用重複浸洗或噴灑等的方式，使濾材的改質活性碳的表面與雙氧水接觸反應。雙氧水的濃度可根據溫度、與改質活性碳表面及/或濾材接觸的方式、活性碳及/或濾材的規格等因素而調整。隨著再生次數，再生製程中的雙氧水的比重濃度增加。
於此再生方法中使用雙氧水的優點，除了前述易於去除、較少殘留、經濟廉價、廢液易於處理、易於控制製程參數外，還因為濾材中改質活性碳的製程也使用雙氧水，亦即將活性碳改質成為鈣質活性碳的製程與將已吸附VOC的改質活性碳再生的製程，兩者所使用的氧化劑均為雙氧水，可進一步使 用相同製程設備以減少設備投資成本，並且避免不同氧化劑交互反應後產生副產品，進而造成釋氣。
步驟B3000，移除改質活性碳之表面物質。更具體而言，可使用水清洗濾材，以及將濾材加熱至100℃以上的溫度。其中，使用水清洗濾材的方式將濾材浸泡於水中、重複浸洗、或噴沖等。對濾材的加熱，較佳是加熱至100~120℃。然而在不同實施例中，亦可使用靜置或真空乾燥等方式，移除改質活性碳之表面之物質。以不同角度觀之，濾材在經過使用後，改質活性碳的表面可能吸附有VOC，其在步驟B2000可與雙氧水接觸反應，而此步驟在於移除以減少這些VOC(無論是否被雙氧水氧化)，以及雙氧水在改質活性碳之表面之殘留。
以下對本發明濾網結構中濾材的再生效果進行檢測。
濾材的規格/再生方法
本發明濾網結構中濾材之再生方式為雙氧水濃度區間2~50wt%、烘烤溫度100~120℃。更具體而言，實驗組2及3的製備條件如下。其中，實驗組2再生使用的雙氧水的濃度每次均相同，實驗組3再生使用的雙氧水的濃度隨著次數漸增。
實驗組2：
第1~5次再生：濃度30wt%雙氧水550mL、DI water 450mL配製成1000mL濃度16.5wt%的雙氧水，與活性碳300g混合後維持20min後烘乾(100℃)即完成。
實驗組3：
第1次再生：濃度30wt%雙氧水550mL、DI water 450mL配製成1000mL濃度16.5wt%的雙氧水，與活性碳300g混合後維持20min後烘乾(100℃)即完成。
第2次再生：濃度30wt%雙氧水587.5mL、DI water 412.5mL配製成1000mL濃度17.625wt%的雙氧水，與活性碳300g混合後維持20min後烘乾(100℃)即完成。
第3次再生：濃度30wt%雙氧水625mL、DI water 375mL配製成1000mL濃度18.75wt%的雙氧水，與活性碳300g混合後維持20min後烘乾(100℃)即完成。
第4次再生：再生第4次，濃度30wt%雙氧水662.5mL、DI water 337.5mL配製成1000mL濃度19.875wt%的雙氧水，與活性碳300g混合後維持20min後烘乾(100℃)即完成。
第5次再生：濃度30wt%雙氧水700mL、DI water 300mL配製成1000mL濃度21wt%的雙氧水，與活性碳300g混合後維持20min後烘乾(100℃)即完成。
濾材再生對效能的影響
濾材進行再生後對於低濃度揮發性有機化合物的去除效果分析。其中，濾材在進行新一輪的低濃度揮發性有機化合物的去除測試前，進行上述再生步驟。結果如下表2所示。
Figure 109140619-A0305-02-0011-2
濾材再生後的材料耗損率
如下表3所示，使用本發明之濾材再生方法，濾料顆粒回收率達99%，具有較低的材料耗損率。
Figure 109140619-A0305-02-0012-3
雖然前述的描述及圖式已揭示本發明之較佳實施例，必須瞭解到各種增添、許多修改和取代可能使用於本發明較佳實施例，而不會脫離如所附申請專利範圍所界定的本發明原理之精神及範圍。熟悉本發明所屬技術領域之一般技藝者將可體會，本發明可使用於許多形式、結構、佈置、比例、材料、元件和組件的修改。因此，本文於此所揭示的實施例應被視為用以說明本發明，而非用以限制本發明。本發明的範圍應由後附申請專利範圍所界定，並涵蓋其合法均等物，並不限於先前的描述。
A1000:步驟
A2000:步驟
A3000:步驟

Claims (14)

  1. 一種活性碳改質方法，由以下步驟組成：(A1000)提供一活性碳；(A2000)使用一雙氧水處理該活性碳之表面以使活性碳形成一改質活性碳；以及(A3000)移除該改質活性碳之表面之該雙氧水。
  2. 如請求項1所述的活性碳改質方法，其中該步驟A2000是將該活性碳浸泡於該雙氧水中。
  3. 如請求項1所述的活性碳改質方法，其中該雙氧水的濃度為2~50wt%。
  4. 如請求項1所述的活性碳改質方法，其中該步驟A3000由以下步驟組成：(A3100)使用水清洗該改質活性碳；以及(A3200)將該改質活性碳加熱至100℃以上且120℃以下的溫度。
  5. 如請求項4所述的活性碳改質方法，其中該步驟A3100是將該改質活性碳浸泡於水中。
  6. 一種濾網結構，包含：一第一網柵結構，具有一第一側面；一第二網柵結構，具有一第二側面，其中該第二網柵結構設置於該第一網柵結構之一側以使該第二側面朝向該第一側面；以及一濾材，設置於該第一側面及該第二側面之間，包含如請求項1所述的活性碳改質方法製成的該改質活性碳； 其中，該濾材可耐受雙氧水以及100℃以上的溫度。
  7. 如請求項6所述的濾網結構，不包含黏著劑。
  8. 一種如請求項6或7所述的濾網結構作為去除一氣態分子污染物(Airborne Molecular Contaminants，AMC)所含一揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds，VOC)的用途。
  9. 如請求項8所述的用途，其中該氣態分子污染物中的揮發性有機化合物濃度在250μg/m3以下。
  10. 一種濾材再生方法，由以下步驟組成：(B1000)提供如請求項6所述的該濾網結構的該濾材；(B2000)使用一雙氧水處理該濾材；以及(B3000)移除該改質活性碳之表面之物質。
  11. 如請求項10所述的濾材再生方法，其中該步驟B2000是將該濾材浸泡於該雙氧水中。
  12. 如請求項11所述的濾材再生方法，其中該雙氧水的濃度為2~50wt%。
  13. 如請求項10所述的濾材再生方法，其中該步驟B3000由以下步驟組成：(B3100)使用水清洗該濾材；以及(B3200)將該濾材加熱至100℃以上且120℃以下的溫度。
  14. 如請求項13所述的濾材再生方法，其中該步驟B3100是將該濾材浸泡於水中。
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