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1、 1溫變式蜂巢沸石轉吸附揮發性有機排氣的特性研究 張豐堂1,、白曛2、白寶實3 1國清華大學工程與系統科學系博士班 *電子郵件: fengtang_.tw; 電話：0933147075 2國交通大學環境工程研究所教授 3國清華大學工程與系統科學系教授 摘要摘要 隨著我國光電產業之次世代TFT-LCD產業急速擴張，政院環保署即將公告實施光電製造業空氣污染管制及排放標準 ，擬對TFT-LCD產業之污染排放加以管制。就現已開發及商用之VOCs污染防制設備而言，以溫變式蜂巢沸石轉搭配焚化最為普遍，但是學術界甚少有關溫變式蜂巢沸石轉吸附特性的相關述。因此，本文探討溫變式蜂巢沸石轉吸附面板業有機排氣的主要
2、有機物包括丙醇(IPA)、丙酮(acetone)、單甲基醚丙二醇乙酸酯(PGMEA)以及單甲基醚丙二醇(PGME)等四成份之吸附特性。結果顯示疏水性沸石轉對高沸點VOCs如PGMEA及PGME之親和遠大於低沸點之IPA及Acetone，欲處次世代TFT-LCD面板廠的高排放濃(相當於15002400ppm THC值)時，須將經過沸石轉的線速下、再生濃縮倍減少、脫附再生溫上昇亦或增加轉厚，在適之操作條件下，其針對次世代TFT-LCD面板廠排放的VOCs去除效仍可輕達到90%以上。 關鍵字：關鍵字：光電製造業、空氣污染防制、蜂巢沸石轉、揮發性有機氣體、高科技產業 2Performance Stud
3、y of Thermal Swing Honeycomb Zeolite Adsorber for VOCs Treatment Application Feng-Tang Chang 1、Hsunling Bai 2、Bau-Shei Pei 1 1. Department of Engineering and System Science, National Tsing Hua University, Hsinchu, Taiwan *e-mail: fengtang_.tw; tel：03-583-2511 fax：03-583-2513 2. Institute of Environm
4、ental Engineering, National Chiao Tung University, 75 PoAi St, Hsinchu 300, Taiwan ABSTRACT The Environmental Protection Administration of Taiwan will soon enforce the ”Opto-Electronic Manufacturers Air Pollution Control and Emission Standard”. The VOCs emission quantity is thus expected to be contr
5、olled with special focuses on the next generation of TFT-LCD manufacturers. One of the most popular VOCs treatment equipments for the next generation of TFT-LCD manufacture fab is the thermal swing adsorber of honeycomb zeolite rotor with thermal oxidizer. However limited information is available on
6、 the thermal swing adsorber of honeycomb zeolite rotor in the literature. This study intends to provide experimental data and discuss the performance of the thermal swing adsorber of honeycomb zeolite rotor for the VOCs exhaust laden air that simulated the emission characteristics of an opto-electro
7、nic manufacturers fab. The results showed that the affinity of the high boiling point VOCs such as PGME and PGMEA on the zeolite adsorber is much larger than that of the low boiling point VOCs such as IPA and acetone. Under proper operation conditions of reducing the superficial velocity and the con
8、centrate ratio, and increasing the desorption temperature or the thickness of the adsorber, the THC removal efficiency can be well above 90% and thus meet the promulgating regulation. Keywords：TFT-LCD optoelectronic manufacture, Air pollution, Honeycomb zeolite rotor, VOCs. 3一、前言一、前言 揮發性有機物 (volatil
9、e organic compounds, VOCs) 是台灣地區常空氣污染物之一，在高科技業中之主要大宗源為半導體晶圓製造廠與新興的光電液晶顯示器產業之TFT-LCD面板廠。由於VOCS所具備之毒性以及引起臭氧與其他光化學效應生成之特質，所以加以控制使其恣意排放在大氣中，將會帶重大之危害。 薄膜電晶體液晶顯示器(Thin-Film Transistor Liquid-Crystal Display, TFT LCD)是目前國家重點發展兆雙星計畫之一，由於製作590mm670mm面板之三代廠與680mm880mm之四代廠，其廢氣與所排放之VOCS濃已亞於半導體晶圓製造業，而該產業所運轉製作110
10、0mm1250 mm面板之五代廠、1300mm1500 mm面板之五.五代廠、正在興建中之製作1500mm 1850mm面板之代廠、2120mm 2450mm面板之七代廠以及甚至七點五代廠等所謂次世代面板廠，其揮發性有機物 (Volatile Organic Compounds, VOCs)污染預估會因面板尺寸之越大型化而倍於半導體產業所排放之廢氣濃及。 我國之 TFT-LCD 面板產業之玻璃基版依產品功能要求，需多次反覆進薄膜形成、上光阻、顯影、蝕刻及去光阻等步驟，因而需投入大之揮發性溶劑。TFT-LCD 產業所主要排放之VOCs物種特性如表1所示 ， 在基板清洗時會散丙醇(lsopropy
11、l alcohol, IPA)及丙酮(Acetone)，光阻塗佈會散單甲基醚丙二醇乙酸酯(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate, PGMEA)、單甲基醚丙二醇(Propylene Glycol Monomethyl Ether, PGME)及甲基乙矽銨(Hexamethyldisilazane, HMDS)的水解衍生矽化物以及微的環己酮(Cyclohexnone) ， 去光阻會散二乙醇單丁醚(Diethylene Glycol Monobutyl Ether或稱 butoxydiglycol;業界簡稱 BDG)、乙醇胺(Ethanolamine,
12、MEA)、二甲基亞堸(Dimethyl Sulforide, DMSO)，及去光阻後製程潤濕之丙醇及丙酮等。 與半導體晶圓廠比較，TFT-LCD光電產業具有VOCs總排放濃較高，其THC排放濃約在百至約一千ppmv左右，且風亦普遍較半導體產業為高。雖然個產業主要VOCs排放物種同樣以IPA、Acetone、PGME與PGMEA為主，但TFT-LCD產業之其他4VOCs含較少。 文獻中曾探討線上持續反覆常溫吸附/高溫脫附的溫變式蜂巢沸石轉系統 （以下簡稱沸石轉）之研究相當有限，且多針對沸石轉的吸附材質改或僅針對其他產業之VOCs處進探討，如 Lin et al. (1) 討沸石轉的吸附材改質為M
13、CM-41後對Acetone的吸附特性探討; Mitsuma等(2)(3)則進低矽鋁比之沸石轉對Butylacetate以及Cyclohexanone各單質的吸脫附特性研究; Chang等(4)(5)則研究沸石轉處半導體晶圓業之VOCs效能與特性。然而隨著我國光電產業之次世代TFT-LCD產業急速擴張，各大廠多採用沸石轉為其主要之VOCs防治設備，也因相關學基礎足之故，而衍生出如操作效佳等問題，因此如何能使沸石轉有效處VOCS污染排放，並針對次世代TFT-LCD廠妥善規劃其揮發性有機廢氣處設備，使其達最佳化設置，為本研究擬探討分析之目標。本研究將針對幾種TFT-LCD產業廢氣主要成份進實驗測試
14、，以瞭解沸石轉對其之吸附特性，確保防制設備之性能。 二、沸石轉及實驗裝置二、沸石轉及實驗裝置 2.1 沸石轉系統簡介沸石轉系統簡介 沸石轉系統係用吸附脫附濃縮等三項續溫變吸脫附程序，使 VOCs 濃縮為高濃低的一種濃縮淨化設備，其設備特性適合處高、中低污染物濃及含多物種之 VOCs 廢氣，主要應用於排放較稀薄且接近周界溫之污染物工業。 VOCs廢氣進入系統後，首先係經過由疏水性沸石所組成之多通道蜂巢轉，VOCs 污染物質可同時於轉上進吸附及濃縮脫附；通常沸石轉可分為三部分：較大之吸附區(adsorption zone)及個較小且面積相當之脫附區(desorption zone)、卻區(cool
15、ing zone) 。 第一階段之吸附程序是將進入系統後之 VOCs 廢氣於常溫下予以吸附淨化後直接排放至大氣，接著因轉之轉動而進入第二階段之脫附程序，此脫附所須之熱空氣是由卻區出口之預熱空氣與後端焚化系統熱交換後之熱空氣(約 180220 ) 提供，使其進入轉內將有機物脫附再生出，此時出污染物濃大約為入廢氣之 520 倍左5右，而脫附再生出之有機物排氣則可接到終處單元之熱焚化進高溫焚化或是進低溫之凝回收再用等程序，如此可以減少後續之廢氣處單元尺寸，並節初設費用及運轉費用。 2.2 沸石轉靜態測試裝置及測定方法 2.2 沸石轉靜態測試裝置及測定方法 本實驗沸石轉靜態吸附測試係將沸石轉樣品(5cm x 長 40cm)固定置放於玻璃製之樣品測試管內，將欲測試之轉樣品於烘箱中烘乾(140,4hr)後取出，置於乾燥皿中等待卻並秤重後，將轉樣品裝置妥當，調整乾燥空氣之微幫浦值到所需空氣，即以總碳氫分析儀(Rosemount Analytical, 400A) 以及氣相層析質譜儀(GC, Hewlett Packard, 5890)進濃變化測，直到吸附平衡為止，並將轉樣品取下秤重，求取其飽和吸附。 2.3 模場沸石轉動態測試裝置及測定方法 2.3 模場沸石轉動態測試裝置及測定方法 在動態測試中本研究乃以一小型之沸石轉(32cm x 深 4045cm)進模場動態吸脫附測試，此小沸石
