[發明專利]有機絡合物負載型活性炭吸附劑及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 200710026710.1
• 申請日: 2007-02-02
• 公開（公告）號: CN101053820A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 耿建銘;錢宇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/20
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及有機絡合物負載型活性炭吸附劑及其制備方法。

本發明還涉及該吸附劑用于純化過氧化氫(H₂O₂)溶液的方法。

背景技術

過氧化氫(H₂O₂)可用作氧化劑、漂白劑、消毒劑、聚合引發劑和交聯劑等，在化工、電子、軍工及航天等許多領域發揮著重要的作用。根據應用范圍的不同，H₂O₂分為工業級、試劑級、醫藥級和電子級四種級別，而電子級過氧化氫又可分為常規半導體級(各種金屬離子含量低于100ppb)、精細電子級SEG(各種金屬離子含量低于10ppb)和超高純級別RGS(各種金屬離子含量低于1ppb)產品等。一般的使用，對過氧化氫中的雜質沒有特別的要求。但在試劑和半導體制造工業中，特別是在半導體工業上，由于過氧化氫作為一種重要的加工試劑，常用于大規模集成電路的清洗工藝(濕化學處理過程)。該過程要求這些加工助劑(或試劑)具有極高的純度，包括有極低的有機物含量(TOC)和極小的金屬離子和各種陰離子濃度，否則將造成廢品率高的情況。

目前，過氧化氫的工業生產主要采用的是蒽醌法。這種方法生產的過氧化氫溶液中往往帶有殘留的烷基蒽醌及其衍生物，C_8~10的重芳烴、磷酸酯、穩定劑等多種有機物雜質，以及由設備、管線等帶來的各種金屬離子雜質。由于過氧化氫分子所具有的非對稱鏈狀結構及過氧鍵的存在，使過氧化氫分子易于自發分解。雜質、PH值、溫度、輻射、容器的粗糙表面等均會加快過氧化氫分解。因而過氧化氫在生產、應用、儲存和運輸過程中都是種極不穩定的化學品。

過氧化氫溶液中含有的有機雜質通常用總有機碳(TOC)來表示。而除去有機雜質的方法主要有蒸餾、樹脂吸附、吸附劑吸附、膜分離等。

一般而言，用蒽醌法生產的過氧化氫，用傳統的蒸餾法精制，可以除去大多的無機雜質，但其能耗高，受熱時間長，而過氧化氫受熱分解及其所含有的有機物使得精制過程存在一定的安全隱患，揮發性的有機物也不易有效除去，另外過氧化氫的得率也不高。

用樹脂精制過氧化氫溶液的方法用的最多。使用陰、陽離子交換樹脂脫除過氧化氫溶液中的陰、陽離子是廣為人知的技術。但用一般的離子交換樹脂對溶液中的有機物雜質是很難有效去除的。用于溶液中的有機物的吸附常常使用的是吸附樹脂。這類樹脂一般不含離子交換基團，是內部形成交聯網絡結構的高分子吸附劑，具有一定的孔結構和比表面積，理化性質穩定，耐酸、堿，對有機溶劑也有一定的承受力。可分為非極性、弱極性、極性和強極性四大類。由于不帶有酸、堿功能基，故不能發生離子交換反應。其吸附性是由于范德華引力或氫鍵力的結果。另外，由于吸附樹脂孔結構的不同，所造成分子擴散的空間效應可用來選擇吸附某些特定的有機物。但是，基于吸附樹脂這類高分子材料的結構的特點，對于象過氧化氫溶液中有機物的脫除，要對包括不同的分子結構、不同極性的有機物一起吸附的情況，其效果就受到一定的限制。此外，由于樹脂吸附容量比較小，而且溶液中的有機物還很容易造成樹脂的污染，降低樹脂的吸附和交換能力，對于TOC量大的情況下吸附則顯得不合適。此外，由于樹脂吸附或離子交換系統一般都是在密閉空間中(如吸附柱和離子交換柱)進行，由于過氧化氫的不穩定性，有機物在樹脂上的累積還容易造成安全隱患。

活性炭是廣泛使用的吸附劑。一般而言，由于其具有發達的孔隙結構及大的比表面積，因而對氣相和液相中的有機物都具有極好的吸附作用。但是對于象過氧化氫溶液這樣的體系，研究表明，活性炭會加劇過氧化氫的分解，關于過氧化氫催化分解機理的論述眾多，有鏈式反應、氧化還原反應、游離基反應、過氧化合物中間物形成原理、擴散機理、吸附機理等等。活性炭孔道中殘存的一些金屬元素(如Fe、Mn、Cu等)以及過氧化氫水溶液中存在的一些痕量的金屬離子，也會加快過氧化氫分解。除金屬離子引起過氧化氫均相催化分解外，金屬固體微粒及離子還可能引起過氧化氫的多相催化分解和絡合物催化分解，此外，在活性炭存在的情況下，一些陰離子也可能使過氧化氫催化分解。這是活性炭基吸附劑的最大缺點。

此外還有膜分離法、萃取法和重結晶法的過氧化氫的精制過程。膜分離法雖然能去除有機物，設備及工藝簡單，生產條件溫和、操作可靠簡便。但對膜材料質量要求高，使用壽命短。萃取法操作簡單，有機雜質去除率高，物耗、能耗較低，但對設備要求高、投資較大。而重結晶法可獲得高濃度、高純產品，但須在低溫冷凍條件下進行，耗能極高。

發明內容