[发明专利]一种电子级气体的吸附脱水剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种电子级气体的吸附脱水剂及其制备方法，吸附脱水剂，包括离子改性纳米沸石分子筛，以重量份数计，所述离子改性纳米沸石分子筛包括以下组分：1‑10份金属阳离子，90‑99份纳米沸石分子筛载体。所述离子改性纳米沸石分子筛为离子交换改性纳米沸石分子筛或浸渍改性纳米沸石分子筛。当被用于制备电子级高纯HBr或HF气体时，HBr或HF粗气体经气化后进入气固吸附床与吸附脱水剂连续接触脱除水。经吸附处理后的HBr或HF气体中H₂O含量由30ppm降低至1ppm。本发明吸附脱水剂吸附效率高、吸附容量大、稳定性好、再生性好、适合大规模工业连续生产；本吸附脱水剂无毒、对环境友好、无二次污染。

技术领域

本发明涉及电子级气体生产提纯技术领域，具体涉及一种电子级气体的吸附脱水剂及其制备方法。

背景技术

高纯度电子气体是保证当今各种高性能电子器件质量的关键所在。高纯溴化氢或氟化氢在半导体生产和等离子刻蚀多晶硅方面有重要应用。随着半导体和多晶硅行业的快速发展，高纯HBr或HF电子气体的市场需求量逐年增加。高纯HBr或HF电子气体中的水是重点控制的杂质组分，由于其特殊的性质且易形成氢键，水在杂质中是最难脱除的。通常，高纯气体标准要求的水分含量需要达到nL/L(ppb)级别，该浓度下水分杂质分压较低，脱除难度大。精馏和吸附是脱除电子级气体中微量水的两种主要方法，吸附工艺由于操作简便和净化程度高而被广泛应用。吸附剂是吸附工艺的核心，开发具有较高的净化度、较大的吸附量和较快的水吸收动力学的易于再生的高效吸附干燥材料对于微量水分的吸附脱除来说具有重要意义。

沸石分子筛是一种水合结晶型硅酸盐，它具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当，由于其孔径可用来筛分大小不同的分子，故称为沸石分子筛。沸石分子筛具有独特的规整晶体结构，其中每一类沸石都具有一定尺寸、形状和孔道结构，并具有较大比表面积，其具有很高的吸附量和独特的择形吸附性能，由于沸石分子筛具有空旷的骨架结构，所以骨架内孔体积占总体积的40～50％，多数沸石的孔体积为0.25～0.35cm³/g，加之沸石的比表面积很大，一般为300-1000m²/g，而且外表面占总表面不足1％，主要为晶内表面。这种结构使沸石的吸附能力极强，孔内吸附物质的浓度远远高于体相物质的浓度，是优异的吸附材料。

对于低硅铝比沸石，带大量正电荷的阳离子使沸石孔道内具有强静电场，易吸附极性分子，对水的吸附能力远远大于烃类化合物，因此这类沸石具有亲水性。低硅铝比沸石如A型沸石分子筛(SiO₂/Al₂O₃≈2)、X型沸石分子筛(SiO₂/Al₂O₃≈2.5)和Y型沸石分子筛(SiO₂/Al₂O₃≈4.5～5.0)广泛应用于脱除气体中的微量水。但是，用于从酸性很强的HBr或HF含水气体中脱附水的材料，须在酸性介质中有高的结构和化学稳定性，才能满足应用的要求。而通常低硅铝比的沸石(A型沸石、X型沸石和Y型沸石)在强酸性介质中结构极易破坏而无法使用。因此，硅铝摩尔比大于10的超稳Y沸石、β沸石、ZSM-5沸石、丝光沸石等人工合成沸石，它们具有较高的耐酸结构稳定性，也有一定数量的离子交换位，适用于酸性介质下脱除微量水。尽管上述沸石分子筛的硅铝比相对较高，其在含水的酸性气体作用下，仍不可避免的会发生脱铝作用，其骨架上的四配位铝物种从沸石分子筛骨架上脱除后，会形成六配位非骨架铝物种，这部分非骨架铝物种会沉积在沸石分子筛的微孔孔道内，随着脱铝程度的不断提高，沸石分子筛的大部分孔道会被非骨架铝堵塞进而失去吸附水分子的作用。迄今为止，尚未见电子级高纯HBr或HF气体脱水吸附剂的报道。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明从骨架稳定性和离子引入两方面考虑，提供一种高稳定性、高性能吸附脱水剂，能够深度脱除HBr或HF中所含有的微量水，具有吸附容量大、再生性能好、无二次污染、制备简单等优点。

本发明的技术方案如下：