用于季铵氢氧化物处理或回收的系统和方法技术方案

本说明书描述用于从废水中去除季铵氢氧化物(例如四甲基氢氧化铵(TMAH))的系统和方法。所述系统和方法可以位于电子制造的现场，并生产TMAH溶液用于再利用。所述系统包括膜过滤单元、离子交换单元和电渗析单元(例如三室电渗析单元)。所述方法包括过滤废水以优先去除季铵氢氧化物以外的污染物。通过离子交换处理过滤的水，以生产具有增加浓度的季铵阳离子的再生流。通过电渗析处理再生流以形成季铵氢氧化物溶液。氧化物溶液。氧化物溶液。

【技术实现步骤摘要】
用于季铵氢氧化物处理或回收的系统和方法


[0001]本说明书涉及水处理，特别是从水(例如电子制造废水)中去除季铵氢氧化物(例如四甲基氢氧化铵(TMAH))的处理。

技术介绍

[0002]四甲基氢氧化铵(TMAH)是具有分子式(CH3)4NOH的季铵氢氧化物。在电子工业中，TMAH广泛用作基材蚀刻剂或用作显影剂以去除光致抗蚀剂。例如，TMAH可以用于制造集成电路、平板显示器、印刷电路板、电容器、传感器、硅太阳能电池和许多其它电子组件。TMAH通常以25%的溶液出售。TMAH可以以工业级或电子级销售，这取决于溶液的纯度。TMAH可以稀释使用。例如，在晶片制造中，2.38%的TMAH溶液广泛用作显影剂以溶解光致抗蚀剂，例如g线、i线和DUV光致抗蚀剂。
[0003]TMAH被认为是一种危险材料(HAZMAT 8级，腐蚀性材料)。TMAH对皮肤、眼睛和呼吸道具有腐蚀性。TMAH在口服或皮肤暴露时表现出高的急性毒性。TMAH污染的废水对人类和环境有害，并且还引起受体水体的富营养化。EU指令2010/75/EU规定在排放的工业废水中TMAH的浓度极限为7 ppm。因此，电子制造厂需要从废水中去除TMAH的方式。

技术实现思路

[0004]本说明书描述用于从水中去除季铵氢氧化物(例如四甲基氢氧化铵(TMAH))的系统和方法。任选地，从水中去除的季铵氢氧化物可以在电子器件(即集成电路、平板显示器、印刷电路板、电容器、传感器、硅太阳能电池等)或其它制造方法中再利用。所述系统和方法可以位于电子制造设施的现场，以处理在所述设施处生产的废水。或者，所述系统和方法可以位于接收从制造设施运输来的水的远程设施。在一些实例中，可以从水中去除水中80%或更多或者90%或更多的TMAH。在一些实例中，从水中去除的TMAH可以作为工业级或电子级TMAH溶液再利用以用于进一步制造。
[0005]在一些实例中，所述系统包括膜过滤单元、离子交换单元和电渗析单元。所述膜过滤单元可以包括纳滤膜。所述电渗析单元可以包括两室双极性电渗析单元、三室电渗析单元或两者。含有季铵氢氧化物的废水源连接至所述膜过滤单元的入口。所述膜过滤单元的渗透物出口连接至所述离子交换单元的入口。所述离子交换单元的再生出口连接至所述电渗析单元的入口。在一些实例中，所述离子交换单元的所述再生出口连接至三室双极性电渗析单元的所述稀释室入口，并且所述三室双极性电渗析单元的所述碱室出口连接至另一个电渗析单元。
[0006]在一些实例中，所述方法包括过滤废水以优先去除所述季铵氢氧化物之外的污染物。例如，所述过滤步骤可以选择性地去除分子量大于约300道尔顿(Da)的阳离子和有机分子。通过离子交换处理所述过滤的水，以生产具有增加浓度的季铵阳离子的再生流。通过电渗析处理所述再生流以形成季铵氢氧化物溶液。任选地，通过电渗析浓缩所述季铵氢氧化物溶液。
附图说明
[0007]图1是季铵氢氧化物回收系统和方法的示意图。
[0008]图2是各种NF膜的分子量相关排斥的图。
[0009]图3是显示用于从季铵盐水生产季铵氢氧化物的三室双极性电渗析系统(3C
‑
BPED)的工作机理的示意图。
具体实施方式
[0010]在本说明书中描述的系统和方法适用于从任何水源中去除任何季铵氢氧化物。作为说明性实例，以下将描述涉及从电子制造废水中去除四甲基氢氧化铵(TMAH)的实例。在一些实例中，所去除的TMAH可以处于适合于在电子器件或其它制造中再利用的浓度。以下描述的系统和方法可以任选地在电子制造设施处提供。本领域普通技术人员将能够使以下说明性实例适用于从其它水源中去除其它季铵氢氧化物。
[0011]表1给出在半导体晶片(“晶片制造”)上生产电子或光子电路的电子制造设施中生产的废水(WW)中的TMAH和各种污染物的浓度，以及在晶片制造中再利用的净化的水的目标浓度。表2给出在液晶显示器(LCD)制造设施中生产的废水(WW)中TMAH和各种污染物的浓度，以及在LCD制造中再利用的净化的水的目标浓度。表3给出对于工业级和电子级TMAH溶液，污染物浓度的限值。
[0012]表1：在晶片制造中废TMAH溶液和净化的TMAH溶液的水化学污染物WW净化的水重金属离子2ppm<10ppbCl100ppb1ppb光致抗蚀剂>300ppm<10ppm颗粒数>500/ml20/mlTMAH2.38重量%2.38重量%表2：在LCD制造中废TMAH溶液/净化的TMAH溶液的水化学污染物WW净化的水重金属离子2ppm<10ppbCl>100ppb2ppb光致抗蚀剂>10ppm3ppm颗粒数>200/ml20/mlTMAH0.3%0.3%表3：工业级和电子级TMAH溶液的标准污染物工业级电子级外观无色透明色度(hazen)<10%25
±
0.5%25
±
0.1%CO
32
‑
≤300ppm≤100ppmCl
‑
≤100ppm≤100ppbCH3OH残余物≤50ppm≤50ppmNa<5ppm<5ppb
Mg<5ppm<5ppbK<5ppm<10ppbCa<5ppm<10ppbFe<5ppm<10ppbLiNA<5ppbMnNA<5ppbCrNA<5ppbCoNA<5ppbNiNA<5ppbCuNA<5ppbZnNA<5ppbMoNA<5ppbAgNA<5ppbCdNA<5ppbPbNA<5ppbBaNA<5ppb颗粒≥0.5umNA<100/ml图1显示用于处理含有季铵氢氧化物(例如四甲基氢氧化铵(TMAH))的水的系统10。废水12例如从电子制造设施(例如集成电路、平板显示器、印刷电路板、电容器、传感器或硅太阳能电池制造厂)收集。废水12可以含有例如0.2
‑
2.5重量%的TMAH。废水12可能还含有其它污染物，例如金属离子、多价离子和光致抗蚀剂化合物。污染物离子包括例如Na、Mg、Ca、Fe和Al离子。光致抗蚀剂化合物包括例如g线、i线和DUV光致抗蚀剂。
[0013]废水12在纳滤单元14中处理。纳滤单元14含有纳滤膜，例如在螺旋缠绕膜模块中。纳滤单元14将废水12分离成通过膜的渗透物16和由膜保留的浓缩物18。
[0014]纳滤膜选择性地排斥多价离子，例如Mg
2+
、Ca
2+
、Fe
3+
、Al
3+
和SO
42
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于处理含有季铵氢氧化物的水的系统，所述系统包含，a)膜过滤单元；b)离子交换单元；和c)电渗析单元。2.权利要求1所述的系统，其中所述膜过滤单元为纳滤单元。3.权利要求1或2所述的系统，其中所述离子交换单元含有质子交换树脂床。4.权利要求1
‑
3中任一项所述的系统，其中所述电渗析单元包含三室双极性电渗析单元。5.权利要求4所述的系统，其进一步包含第二电渗析单元，任选地两室电渗析单元。6.权利要求1
‑
5中任一项所述的系统，其包括连接至含有季铵氢氧化物的废水源的所述膜过滤单元的入口、连接至所述离子交换单元的入口的所述膜过滤单元的渗透物出口以及连接至所述电渗析单元的稀释室入口的所述离子交换单元的洗出液出口。7.权利要求1
‑
6中任一项所述的系统，其中所述电渗析单元进一步包含碱产物室。8.权利要求7所述的系统，其中所述碱产物室的出口连接至适于浓缩所述碱产物的第二电渗析单元。9.权利要求1
‑
8中任一项所述的系统，其中所述稀释室的出口连接至适于浓缩所述稀释产物的第三电渗析单元。10.权利要求1
‑
9中任一项所述的系统，其中所述电渗析单元进一...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅立德，夏子君，谢康，
申请(专利权)人：BL科技公司，
类型：发明
国别省市：