基本信息
- 項目名稱：
- 四甲基氫氧化銨的清潔生產(chǎn)工藝研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本研究以四甲基碳酸氫銨為原料，采用離子交換膜電解法制備四甲基氫氧化銨。在陽極室中加入四甲基碳酸氫銨，陰極室中加入0.3 %的TMAH溶液，通電進行電解反應。通過分別改變膜材料、陽極液濃度、電流密度及反應溫度因素來確定適宜的制備工藝。結果表明：以旭化成F4403D為陽離子交換膜，在陽極液濃度為1.41 mol/L，電流密度792 A/m2，反應溫度50 ℃，在理論電解時間下，電流效率可達87 %。
- 詳細介紹：
- 目前TMAH的生產(chǎn)方法主要有氧化銀法、離子交換樹脂法、堿置換法、電解法和離子膜電解法等。氧化銀法、離子交換樹脂法、堿置換法、電解法等方法存在原料成本高、過程能耗高、設備要求嚴格、工藝復雜，所得產(chǎn)品產(chǎn)率低、純度不夠高等缺陷，無法滿足目前電子級產(chǎn)品日益增長需求的現(xiàn)狀。離子膜電解法是將電解和離子膜結合在一起，得到高純度的TMAH，能夠滿足電子工業(yè)的應用要求。該法具有工藝簡單、產(chǎn)品純度高、成本較低和污染很低的優(yōu)點。具體應用時，根據(jù)所選用的陽離子膜或陰離子膜以及用離子膜的數(shù)量，選用不同的電解槽。 本研究針對現(xiàn)有生產(chǎn)工藝存在的缺陷，采用離子交換膜電解的方法，以四甲基碳酸氫銨為原料，制備四甲基氫氧化銨，通過對電解工藝控制條件的優(yōu)化，得到適宜的生產(chǎn)工藝，達到提高過程的電解效率和產(chǎn)品品質的目的。 在前期實驗的基礎上，本文討論了以四甲基碳酸氫銨為原料電解制備四甲基氫氧化銨的原理、實驗方案、影響因素、工藝條件。在確定了電解槽、電極預處理、陽離子交換膜的預處理和攪拌速度等條件，進行了電解工藝的優(yōu)化，考察了陽離子交換膜、電流密度、電解溫度和陽極液濃度對電流效率的影響。實驗所得結論如下： （1） 確定了H型雙極室電解槽的結構和尺寸，陽極材料為析氧的菱形網(wǎng)狀鈦基二氧化釕電極，陰極材料鉆有2mm小孔的析氫304不銹鋼電極。 （2） 通過實驗得出 F4403D 膜可以得到較高的電流效率和較低的金屬離子含量，明顯優(yōu)于其它三種膜。 （3） 溫度較低時，電流效率對溫度比較敏感，隨溫度升高電流效率增加較快；但當溫度超過50℃時，電流效率有所下降。適宜的電解溫度為50℃。 （4） 電流效率隨電流密度的增大而減小，為獲得較好的電流效率和時空產(chǎn)率，適宜的電流密度為792A/m。 （5）陰極室200ml c(TMAH)=0.3mol/L，陽極室200ml c(TMAHCO3)=1.4mol/L時，電流效率達到最大值。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 四甲基氫氧化銨清潔生產(chǎn)工藝的研究與開發(fā)，確定電解法制備高純度四甲基氫氧化銨的適宜的制備工藝。 針對現(xiàn)有生產(chǎn)工藝原料成本高、過程能耗高、設備要求嚴格、工藝復雜，所得產(chǎn)品產(chǎn)率低、純度不夠高，無法滿足目前電子級產(chǎn)品日益增長需求的現(xiàn)狀，本作品采用離子交換膜電解法，以四甲基碳酸氫銨為原料，制備四甲基氫氧化銨，通過對電解工藝條件進行優(yōu)化，達到提高過程電解效率和產(chǎn)品品質的目的。
科學性、先進性及獨特之處
- 本作品所采用離子膜電解法制備四甲基氫氧化銨，與傳統(tǒng)的氧化銀法、離子交換樹脂法、堿置換法相比較，本工藝電解過程中只有二氧化碳、氫氣和氧氣伴隨TMAH的生成，沒有其他可造成環(huán)境污染的物質產(chǎn)生；電解過程沒有腐蝕物質，不存在設備腐蝕的問題；沒有可以造成TMAH最終產(chǎn)物污染的不純凈的離子，屬于環(huán)境友好工藝；工藝操作簡單；產(chǎn)品純度高，能夠制備得到電子級的TMAH；過程電流效率高。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 四甲基氫氧化銨主要用作陽離子表面活性劑、相轉移催化劑、滴定劑、顯影劑、各向異性腐蝕劑；在電子行業(yè)中廣泛用作FT-LCD、 IC正膠顯影劑，硅晶片蝕刻劑，CMP過程超純清洗劑，同時也是液晶顯示器中的顯像液。隨著大型電路板的快速發(fā)展，電子級TMAH的需求量日趨增加，僅電子級產(chǎn)品2006年國內消費需求量約為6000t以上，相當部分依賴進口。因此，生產(chǎn)高純度電子級產(chǎn)品具有較好的附加值和良好市場前景。
學術論文摘要
- 本研究以四甲基碳酸氫銨為原料，采用離子交換膜電解法制備四甲基氫氧化銨（TMAH）。在陽極室中加入四甲基碳酸氫銨（TMAHCO3），陰極室中加入0.3 %的TMAH溶液，通電進行電解反應。通過分別改變膜材料、陽極液濃度、電流密度及反應溫度因素來確定最佳反應條件。實驗結果表明：以旭化成F4403D為陽離子交換膜，在陽極液濃度為1.41 mol/L，電流密度792 A/m2，反應溫度50 ℃，在理論電解時間下，電流效率可達87 %。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 無
參考文獻
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同類課題研究水平概述
- 傳統(tǒng)工藝中TMAH的制備是以四甲基氯化銨為原料，采用陽離子交換膜電解制得。但是在電解過程中陽極室有氯氣產(chǎn)生，環(huán)境污染嚴重。同時陽極發(fā)生析氧副反應，導致該工藝電流效率并不高。該工藝中存在大量的氯離子，制備的TMAH純度較低，嚴重影響大規(guī)模集成電路的質量。 此外，研究者們相繼研究了以四甲基硫酸銨、四甲基硝酸銨和四甲基羧酸銨為原料電解法制備TMAH的工藝，都存在著較嚴重的環(huán)境污染和設備腐蝕的問題。 70年代開始，日本學者開始研究電解四甲基碳酸氫銨制備TMAH的工藝。該工藝的優(yōu)勢極其明顯。電解過程中只有二氧化碳、氫氣和氧氣伴隨TMAH生成，沒有其他可造成環(huán)境污染的物質產(chǎn)生，屬于環(huán)境友好工藝；電解過程沒有腐蝕物質，不存在設備腐蝕的問題；沒有可以造成TMAH最終產(chǎn)物污染的不純凈的離子，因此可以制備高純度的TMAH；操作簡單；據(jù)報道，該工藝可以獲得較高的電流效率。 電解四甲基碳酸氫銨制備TMAH的工藝雖然有很多優(yōu)勢，但在國內卻不太成熟。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，國外學者積極研究高純度TMAH的制備方法。用DMC路線制備TMAH是目前國外研究的熱點。與之相比，國內對電子級TMAH工藝的研究十分落后。國內的研究主要是以四甲基氯化銨為原料生產(chǎn)TMAH的電解工藝。在此基礎上，本課題研究以四甲基碳酸氫銨為原料，通過電解法制備高純度TMAH的工藝。
