通过电渗析纯化氢氧化鎓制造技术

本发明专利技术涉及改进氢氧化鎓水溶液纯度的方法。特别地，本发明专利技术涉及改进含有非所需量阴离子的氢氧化鎓水溶液纯度的方法。本发明专利技术还涉及通过上述方法获得的改进的高纯氢氧化鎓溶液。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改进氢氧化鎓(onium hydroxide)水溶液纯度的方法。特别地，本专利技术涉及改进含有非所需量阴离子的氢氧化鎓水溶液纯度的方法。本专利技术还涉及通过上述方法获得的改进的高纯氢氧化鎓溶液。
技术介绍
氢氧化鎓，如包括四甲基氢氧化铵(TMAH)和四乙基氢氧化铵(TEAH)在内的氢氧化季铵，是多年来公知的强碱。已发现，氢氧化季铵具有各种用途，其中包括在沸石制造和聚合物制造中的应用。氢氧化季铵的水溶液，尤其TMAH溶液，在印刷电路板和微电子芯片制造中已被广泛用作光致抗蚀剂用显影剂。出于各种原因，希望在印刷电路板和微电子芯片制造中使用的显影剂的总量最小。使氢氧化物显影剂的总量最小的一种方式是再利用废显影剂。再利用显影剂降低损失量并减少弃置问题。废显影剂含有包括离子杂质和非离子杂质在内的杂质。离子杂质包括各种金属阳离子如钠、钾、锌、镍、铝、铜和钙；和阴离子如卤离子、硝酸根、亚硝酸根、碳酸根、羧酸根、硫酸根。非离子杂质包括光致抗蚀剂、表面活性剂、胺和许多其它有机分子。废显影剂还含有相对低浓度的氢氧化物显影剂。因此，仍继续需要有效地回收呈可利用形式的氢氧化物显影剂，以便它可再利用，从而使在印刷电路板和微电子芯片制造中使用的显影剂的总量最小。美国专利4714530(Hale等)描述了制备高纯氢氧化季铵的电解法，该方法利用含有用阳离子交换膜隔开的阴极液室和阳极液室的电池。该方法包括向阳极液室中引入氢氧化季铵的水溶液，向阴极液室中加入水，和使直流电流经电解电池，结果在阴极液室内产生较高纯度的氢氧化季铵，随后将其回收。’530专利还描述了包括在向电解电池的阳极液室中引入氢氧化物之前，在升高的温度下加热氢氧化季铵的改进。美国专利4938854(Sharifian等)还描述了通过降低潜在的卤离子含量来纯化氢氧化季铵的电解法。电解电池可被隔板分成阳极液室和阴极液室，所述隔板可以是阴离子或阳离子选择性膜。在阴极液室内的阴极包括锌、镉、锡、铅、铜或钛或其合金、汞或汞齐。日本公开专利No.60-131985(1985)(Takahashi等)描述了在电解电池内制造高纯氢氧化季铵的方法，其中所述电解电池被阳离子交换膜分成阴极室和阳极室。含有杂质的氢氧化季铵溶液被引入到阳极室内，并在将水已引入到阴极室内之后，在两电极之间供应直流电。从阴极室内获得纯化的氢氧化季铵。纯化的氢氧化季铵含有降低量的碱金属、碱土金属、阴离子等。美国专利5439564和5545309(Shimizu等)涉及通过使废液与阳离子交换材料接触，从阳离子交换材料中洗脱出有机季铵阳离子，和在配有阳极、阴极与阳离子交换膜的两腔室电解电池中电解洗脱液，从而处理含有机氢氧化季铵的废液的方法。从电解电池的阴极室中获得有机氢氧化季铵。美国专利5968338(Hulme等)描述为了再生氢氧化鎓，使用阳离子交换材料、将形成盐的酸，和含至少三个隔室(compartment)的电化学电池(electrochemical cell)，从而从含鎓化合物如氢氧化物和盐的溶液中再生氢氧化鎓的方法。美国专利6207039(Moulton等)描述了使用含至少两个隔室、阴极、阳极和隔板的电化学电池，从含鎓化合物(例如氢氧化物、盐或其混合物)的溶液中回收氢氧化鎓或鎓盐的方法，其中至少一个隔室含有离子交换材料。公开了各种电化学电池。在图3所示的一种电池中，电池包括阳极、阴极和干电池(unit cell)，所述干电池从阳极端开始按序包含第一双极性膜、阳离子选择性膜和第二双极性膜。由第一双极性膜形成隔室和阳离子交换膜(原料隔室)含有离子交换材料。在’039专利中的图8和8A所示的另一电化学电池包括阳极、阴极和干电池，所述干电池从阳极端开始按序包含第一双极性膜、第一阳离子选择性膜、第二阳离子选择性膜和第二双极性膜。这两个实施方案中的原料隔室含有离子交换材料。在图8B的实施方案中，由第一双极性膜和第一阳离子选择性膜形成原料隔室。专利技术概述在一个实施方案中，本专利技术是改进氢氧化鎓水溶液纯度的方法，该方法包括(A)提供含至少4个隔室的电化学电池，其中由阴极、阳极、以及依次从阳极到阴极的第一双极性膜、第一阳离子选择性膜和第二双极性膜形成所述隔室，(B)将氢氧化鎓溶液引入到由第一双极性膜和第一阳离子选择性膜形成的原料隔室中，其中原料隔室不含任何离子交换材料，(C)使电流经过电池，和(D)从由第一阳离子选择性膜和第二双极性膜形成的回收隔室中回收纯化的氢氧化鎓溶液。在另一实施方案中，本专利技术涉及改进氢氧化鎓水溶液纯度的方法，该方法包括(A)提供含至少5个隔室的电化学电池，其中由阳极、阴极、以及依次从阳极到阴极的第一双极性膜、第一阳离子选择性膜、第二阳离子选择性膜和第二双极性膜形成所述隔室，(B)将氢氧化鎓溶液引入到由第一双极性膜和第一阳离子选择性膜形成的原料隔室中，其中原料隔室不含任何离子交换材料，(C)使电流经过电池，和(D)从由第二阳离子选择性膜和第二双极性膜形成的回收隔室中回收纯化的氢氧化鎓。可通过本专利技术方法纯化的氢氧化鎓溶液包括氢氧化季铵、氢氧化季鏻和氢氧化叔锍。本专利技术方法的结果是，可获得其中浓度和纯度增加的氢氧化鎓的循环溶液。循环氢氧化鎓的废液不仅提供成本节约，而且通过省去或减少对合成新的氢氧化物化合物溶液、相关的昂贵纯化工艺的需要和废液洗脱剂的毒性而提供环境益处。另外，不需要储存大量的化学品。可在其中要求氢氧化鎓溶液的许多场合中有效地使用通过本专利技术获得的相对高浓度与纯度的氢氧化鎓溶液。附图说明图1是根据本专利技术，含有一个干电池的四室电化学电池的示意图。图2是根据本专利技术的五室电化学电池的示意图。图3是根据本专利技术的八室电化学电池的示意图。实施方案的说明根据本专利技术，在电化学电池中，藉助电渗析改进含非所需阴离子的氢氧化鎓水溶液的纯度。在一个实施方案中，可根据本专利技术的方法处理含非所需量阴离子的氢氧化鎓的水溶液。产生含较少量非所需阴离子的氢氧化鎓溶液。可存在的阴离子包括卤离子、碳酸根、甲酸根、亚硝酸根、硝酸根、醋酸根、硫酸根等。在一个实施方案中，可根据本专利技术纯化的氢氧化鎓水溶液是通过采用有机碱的水溶液洗脱吸附在阳离子交换材料上的鎓离子而获得的溶液，如在2000年10月20日申请的悬而未决的专利申请序列No.09/693293中所述的。如此处和权利要求中所述的，电化学电池的原料隔室不含任何离子交换材料。也就是说，原料隔室不含有美国专利6207039中所述类型的任何阳离子或阴离子交换材料。在另一实施方案中，电化学电池的其它隔室也不含离子交换材料。氢氧化鎓一般地可用下式来表征A(OH)x(I)其中A是鎓基，和x是等于A的价态的整数。鎓基的实例包括铵基、鏻基和锍基。在一个实施方案中，氢氧化鎓应当充分可溶于溶液如水、醇或其它有机液体或其混合物中，以便允许有用的回收速度。氢氧化季铵和氢氧化季鏻可用下式来表征 其中A是氮或磷原子，R1、R2、R3和R4各自独立地为含1-约20个碳原子的烷基、含2-约20个碳原子的羟基烷基或烷氧基烷基、芳基或羟基芳基，或R1和R2与A一起可形成杂环，条件是若杂环基团含有C＝A基，则R3是第二个键。烷基R1-R4可以是直链或支链的，和含1-约20个碳原子的烷基的具体实例包括甲基、乙基、丙基、丁基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进氢氧化鎓水溶液纯度的方法，该方法包括：　　　　（Ａ）提供含至少４个隔室的电化学电池，其中由阴极、阳极、以及依次从阳极到阴极的第一双极性膜、第一阳离子选择性膜和第二双极性膜形成所述隔室，　　　　（Ｂ）将氢氧化鎓溶液引入到由第一双极性膜和第一阳离子选择性膜形成的原料隔室中，其中原料隔室不含离子交换材料，　　　　（Ｃ）使电流经过电池，和　　　　（Ｄ）从由第一阳离子选择性膜和第二双极性膜形成的回收隔室中回收纯化的氢氧化鎓溶液。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RJ莱特，K赫夫纳，
申请(专利权)人：塞克姆公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]