專利名稱：利用電化學(xué)方法清洗有機(jī)物的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)氧化領(lǐng)域，特別是一種利用電化學(xué)方法清洗有機(jī)物的方法與裝置。
背景技術(shù)：
高級氧化處理(AOP)技術(shù)被廣泛用于降解或分解有機(jī)物，特別是難降解的有機(jī)污染物。目前，電化學(xué)氧化處理對工業(yè)廢水的處理扮演著十分重要的角色，氧化過程在降低有毒污染方面越來越受到人們的關(guān)注。與此同時，用電化學(xué)氧化方法處理半導(dǎo)體器件上的光刻膠剝離以及活性炭再生也越來越受到人們的重視。
半導(dǎo)體器件制造工藝中，光刻膠剝離一般采用等離子灰化，以及濕式工藝。在大多數(shù)情況下，濕式清洗是在灰化之后進(jìn)行，用來清除等離子工藝導(dǎo)致的有機(jī)物或聚合物殘留。濕式清洗使用的溶液一般是SPM-APM的混合物，其中SPM溶液是硫酸(H2SO4)和過氧化氫(H2O2)的混合物，APM溶液是氫氧化銨、過氧化氫和水的混合物。這種傳統(tǒng)的化學(xué)清洗試劑SPM和APM都含有金屬離子雜質(zhì)，它們對新式柵結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能有負(fù)面影響；而且，對于清洗試劑SPM和APM，若要保證清洗效率和器件電學(xué)性能，就要求它們是一次性使用，使清洗成本很高；此外，傳統(tǒng)化學(xué)試劑的使用和水的消耗對環(huán)境造成不良影響。
活性炭是一種無毒無味，具有發(fā)達(dá)細(xì)孔結(jié)構(gòu)和巨大比表面積的優(yōu)良吸附劑?，F(xiàn)有技術(shù)中大量使用活性炭吸附法處理城市飲用水和工業(yè)廢水，二硫化碳廢水處理，以及煉油廢水、炸藥廢水、印染廢水、化工廢水和電鍍廢水處理等方面。隨著活性炭的應(yīng)用范圍日趨廣泛，活性炭的回收開始得到了人們的重視。如果用過的活性炭無法回收，除了每噸廢水的處理費(fèi)用將會增加外，還會對環(huán)境造成二次污染。因此，活性炭的再生具有格外重要的意義。傳統(tǒng)活性炭再生方法包括熱再生法、生物再生法等活性炭再生的傳統(tǒng)方法，同時目前新興的活性炭再生技術(shù)有、超臨界流體法、催化濕式氧化法和超聲波法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，而提供一種利用電化學(xué)方法清洗有機(jī)物的方法與裝置，該方法利用金剛石膜電極在電化學(xué)氧化上的優(yōu)勢，用電解液直接清洗待清洗對象表面的有機(jī)物，效果明顯優(yōu)于其它應(yīng)用于電化學(xué)水處理中的電極。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的公開了一種利用電化學(xué)方法清洗有機(jī)物的方法。其特征在于將含有有機(jī)物的清洗對象置于電解液中；利用金剛石膜電極作陽極，在電流密度100-5000Am-2范圍之間，電化學(xué)氧化水中羥基(OH-)生成羥基自由基(OH·)氧自由基(O·)、臭氧(O3)、以及過氧化氫(H2O2)。
本發(fā)明還公開了一種專用于利用電化學(xué)方法清洗有機(jī)物方法的電化學(xué)清洗裝置，包括電解池、電極、離子膜，其特征在于所說的電解池是單廂電解池或是雙廂、多廂電解池，雙廂和多廂電解池的電解槽中間用離子膜間隔；所說的電極有一組或多組，每組電極組由陽極-金剛石膜電極和陰極-普通金屬電極構(gòu)成，相鄰的陽極和陰極兩電極間距為0.5-50mm；同時利用機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)電解液的擾動。
本發(fā)明充分利用了金剛石膜電極在電化學(xué)氧化技術(shù)上的優(yōu)勢，發(fā)揮了金剛石膜電極的應(yīng)用潛力。使用金剛石膜電極產(chǎn)生氫氧自由基、氧自由基等氧化粒子可進(jìn)行有機(jī)清洗，例如用來清洗光刻膠剝離半導(dǎo)體器件避免了傳統(tǒng)的濕式工藝中的一定含量的重金屬、堿金屬元素，能達(dá)到器件設(shè)計(jì)的要求；用來進(jìn)行活性炭再生，可以大大降低成本，而且不會造成環(huán)境污染。本發(fā)明利用金剛石膜電極進(jìn)行有機(jī)清洗的設(shè)備簡單，便于操作，并且不會產(chǎn)生二次污染。耗能少，滿足低成本制造的要求以及對環(huán)境無害的要求。

圖1電化學(xué)清洗裝置示意圖。
圖中1.陽極；2.陰極；3.水泵；4.容器；5.流量計(jì)；6.電源。
具體實(shí)施方式本發(fā)明利用電化學(xué)方法清洗有機(jī)物的方法，將清洗對象置于電解液中，利用金剛石膜電極作陽極，在電流密度100-5000Am-2范圍之間，電化學(xué)氧化水中羥基(OH-)生成羥基自由基(OH·)氧自由基(O·)、臭氧(O3)、以及過氧化氫(H2O2)。
本發(fā)明的電化學(xué)清洗裝置由電解池、電極、離子膜、流量計(jì)5、電源6等組成。其電解池是單廂電解池也可以是雙廂或多廂電解池，雙廂和多廂電解池的電解槽中間用離子膜將陰極槽和陽極槽隔開。所說的電極可以有一組或多組，每組電極組由陽極-金剛石膜電極和陰極-普通金屬電極構(gòu)成，相鄰的陽極1和陰極2兩電極間距為0.5-50mm，將電極固定在處理槽中。多組電極組的聯(lián)接可以并聯(lián)也可以串聯(lián)。為提高清洗效率，可通過設(shè)置水泵3或攪拌器的方式實(shí)現(xiàn)電解液的擾動或循環(huán)。
為便于清洗某些清洗對象或?yàn)榇罅壳逑辞逑磳ο蠓奖悖娊獬匾部赏ㄟ^循環(huán)管路和循環(huán)泵連接一個清洗對象容器4。即將清洗對象置于容器，通過循環(huán)管路將電解液引入清洗容器，并可不斷與電解池中的電解液循環(huán)。例如，容器用于盛裝有機(jī)物污染活性炭，進(jìn)行活性炭再生。當(dāng)電解池是雙廂或多廂電解池時，循環(huán)管路與陽極槽相通。
本發(fā)明可以是對光刻膠剝離半導(dǎo)體器件作為清洗對象進(jìn)行有機(jī)清洗。將需進(jìn)行有機(jī)清洗的器件置入單廂電解池中，如果是雙廂或多廂電解池，置入陽極槽中。電極組通直流電電解水，通過控制電流的大小來控制清洗效率。電流密度越大效率越高，電流密度范圍在100-5000Am-2之間。
本發(fā)明也可以是對有機(jī)物污染的活性炭作為清洗對象進(jìn)行活性炭再生清洗。利用單廂或多廂電解池處理器電解水，利用水泵實(shí)現(xiàn)處理器與活性炭容器間水的循環(huán)。電流密度越大處理效率越高，電流密度范圍在100-5000Am-2之間。
本發(fā)明利用電化學(xué)方法清洗有機(jī)物的工作原理是金剛石膜電極作陽極在電解水時，由于金剛石膜電極的析氧電位很高，金剛石的電極電勢(＞+3V)，在氧氣未析出時，就能在電極表面S能產(chǎn)生大量的氫氧自由基(OH·)
S在陽極表面，S(HO·)是電極表面的氫氧自由基(OH·)。在一般的反應(yīng)的電極上，吸附了的HO·會使電極鈍化，但是在比較穩(wěn)定的電極上，比如說金剛石膜電極，會把吸附的S(HO·)通過氧化生成氧氣
氧氣可以進(jìn)一步被電極表面的氫氧自由基氧化成O3，
除了O3外，S(HO.)通過在結(jié)合生成H202
羥基自由基以及臭氧等粒子具有很高的氧化性，這對于有效的光刻膠剝離和有機(jī)清洗非常重要。羥基自由基是有機(jī)清洗的關(guān)鍵?；钚蕴吭偕菍⑽皆诨钚蕴勘砻娴挠袡C(jī)廢物清除，氧自由基(O·)、臭氧(O3)、過氧化氫(H2O2)以及羥自由基(OH·)等高強(qiáng)度氧化試劑可以實(shí)現(xiàn)對這些有機(jī)物的氧化清除，從而實(shí)現(xiàn)活性炭的再生。
實(shí)施例一將高溫石蠟均勻涂在拋光硅片上，厚度為1mm，然后將其放入單電極組單廂電解池處理裝置中，相鄰陰陽電極間距為1mm，電壓為10V，電流為2.5A，電流密度在1000Am-2左右。處理1個小時后，石蠟有明顯的脫落現(xiàn)象，2小時后石蠟全部脫落，無殘留。
實(shí)施例二將高溫石蠟均勻涂在拋光硅片上，厚度為1mm，然后將其放入單電極組雙廂電解池處理裝置陽極槽中，相鄰陰陽電極間距為2mm，電壓為13V，電流2.5A，電流密度在1000Am-2左右。處理0.5小時后，石蠟有明顯的脫落現(xiàn)象，70分鐘后石蠟全部脫落，無殘留。
實(shí)施例三將高溫石蠟均勻涂在拋光硅片上，厚度為1mm，然后將其放入多電極組單廂電解池處理裝置中，相鄰陰陽電極間距為1mm，電壓為10V，電流100A，電流密度在7000Am-2左右。處理2min后，石蠟有明顯的脫落現(xiàn)象，10min后石蠟全部脫落，無殘留。
實(shí)施例四將飽和的活性炭置入容器中，將單廂多電極組電化學(xué)氧化處理器與容器連接，相鄰陰陽電極間距為0.5mm，用水泵實(shí)現(xiàn)水在裝置與容器之間的循環(huán)。通入直流電，電壓為10V，電流為5A，電流密度在1000Am-2左右。經(jīng)過5小時的清洗后，將活性炭從容器中取出，經(jīng)測試可知活性炭的活性恢復(fù)為初始狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種利用電化學(xué)方法清洗有機(jī)物的方法，其特征在于將含有有機(jī)物的清洗對象置于電解液中；利用金剛石膜電極作陽極，在電流密度100-5000Am-2范圍之間，電化學(xué)氧化水中羥基(OH-)生成羥基自由基(OH·)氧自由基(O·)、臭氧(O3)、以及過氧化氫(H2O2)。
2.一種用于權(quán)利要求1的利用電化學(xué)方法清洗有機(jī)物方法的電化學(xué)清洗裝置，包括電解池、電極、離子膜，其特征在于所說的電解池是單廂電解池或是雙廂、多廂電解池，雙廂和多廂電解池的電解槽中間用離子膜間隔；所說的電極有一組或多組，每組電極組由陽極-金剛石膜電極和陰極-普通金屬電極構(gòu)成，相鄰的陽極和陰極兩電極間距為0.5-50mm；同時利用機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)電解液的擾動。
3.按照權(quán)利要求4所述的電化學(xué)清洗裝置，其特征在于所說的電解池中的電解液通過循環(huán)管路和循環(huán)泵連接到一個待清洗對象容器。
4.按照權(quán)利要求4或5所述的電化學(xué)清洗裝置，其特征在于所說的電解池是雙廂或多廂電解池，循環(huán)管路與陽極槽相通。
5.按照權(quán)利要求4或5所述的電化學(xué)清洗裝置，其特征在于所說的多組電極組的聯(lián)接可以并聯(lián)也可以串聯(lián)。
6.按照權(quán)利要求6所述的電化學(xué)清洗裝置，其特征在于所說的多組電極組的聯(lián)接可以并聯(lián)也可以串聯(lián)。
7.按照權(quán)利要求4或5、8所述的電化學(xué)清洗裝置，其特征在于所說的利用機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)電解液的擾動，可以是水泵或攪拌器。
8.按照權(quán)利要求7所述的電化學(xué)清洗裝置，其特征在于所說的利用機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)電解液的擾動，可以是水泵或攪拌器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用電化學(xué)方法清洗有機(jī)物的方法與清洗裝置。其特征在于利用金剛石膜電極作陽極，在電流密度100－5000Am
文檔編號C25F1/00GK1884631SQ20061001385
公開日2006年12月27日 申請日期2006年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月25日
發(fā)明者常明, 潘鵬, 曲長慶, 孫偉, 周志剛, 高寶紅 申請人:天津理工大學(xué)