(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス流からシロキサン汚染物質を除去するために吸着剤を使用する方法、及び使用するろ材を提供する。【解決手段】酸で洗浄された吸着剤材料を提供する工程と、ガス中のシロキサンレベルを減少させるように、ガスを吸着剤材料に通す工程とを含む。ガス中のシロキサンレベルを減少させるためのろ材は、酸性ガス除去剤を含む第１の吸着剤材料と、リン酸が含浸された活性炭を含む第２の吸着剤材料と、強酸で洗浄されたｐＨ３〜７の活性炭を含む第３の吸着材料とを含む。【選択図】図１
2019058909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス中のシロキサンレベルを減少させる方法であって、
酸で洗浄された第１の吸着剤材料を提供する工程と、
前記ガス中のシロキサンレベルを減少させるように、ガスを前記吸着剤材料に通す工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の吸着剤材料が活性炭を含む、請求項１および３〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の吸着剤材料が、シリカゲル、活性アルミナ、ゼオライト、ナノ多孔性担体、およびそれらの組合せの群から選択される、請求項１〜２および４〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
前記酸が強酸を含む、請求項１〜３および５〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記酸が硝酸を含む、請求項１〜４および６〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記吸着剤が、少なくとも５パーセントの硝酸の水溶液で洗浄される、請求項１〜５および７〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記吸着剤が、少なくとも１０パーセントの硝酸の水溶液で洗浄される、請求項１〜６および８〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記吸着剤材料に通された前記ガスが、周囲空気を含む、請求項１〜７および９〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記吸着剤材料に通された前記ガスが、その後、半導体製造に使用される、請求項１〜８および１０〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
第２の吸着剤材料を提供する工程と、
前記ガスを前記第２の吸着剤材料に通す工程と
をさらに含む、請求項１〜９および１１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の吸着剤材料が活性炭を含む、請求項１〜１０および１２〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の吸着剤材料吸着剤材料が、シリカゲル、活性アルミナ、ゼオライト、ナノ多孔性担体、およびそれらの組合せの群から選択される、請求項１〜１１および１３〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の吸着剤材料が、酸が含浸された吸着剤を含む、請求項１〜１２および１４〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸が強酸を含む、請求項１〜１３および１５〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記酸がリン酸を含む、請求項１〜１４および１６〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記酸がクエン酸を含む、請求項１〜１５および１７〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ガスが、前記第１の吸着剤材料に通され、続いて、前記第２の吸着剤材料に通される、請求項１〜１６および１８〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記ガスが、前記第２の吸着剤材料に通され、続いて、前記第１の吸着剤材料に通される、請求項１〜１７および１９〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
酸性ガス除去剤をさらに含む、請求項１〜１８および２０〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記酸性ガス除去剤が、ヨウ化カリウム、炭酸カリウムまたは水酸化ナトリウム、およびそれらの組合せの群から選択される含浸剤が含浸された吸着剤を含む、請求項１〜１９および２１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記酸性ガス除去剤が、ヨウ化カリウム、炭酸カリウム、または水酸化ナトリウムおよびそれらの組合せが含浸された吸着剤を含む、請求項１〜２０および２２〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
第１の吸着剤対酸性ガス除去剤の比率が、２：１〜１：２である、請求項１〜２１および２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
第１の吸着剤対酸性ガス除去剤の比率が、１０：１〜１：１０である、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
ガス中のシロキサンレベルを減少させるためのろ材であって、
酸で洗浄された吸着剤を含む第１の吸着剤材料と、
酸が含浸された吸着剤を含む第２の吸着剤材料と
を含むろ材。
【請求項２５】
前記第１の吸着剤材料が活性炭を含む、請求項２４および２６〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項２６】
前記第１の吸着剤材料がシリカゲルを含む、請求項２４〜２５および２７〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項２７】
前記酸が強酸を含む、請求項２４〜２６および２８〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項２８】
前記酸が硝酸を含む、請求項２４〜２７および２９〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項２９】
前記吸着剤が、少なくとも５パーセントの硝酸の水溶液で洗浄される、請求項２４〜２８および３０〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項３０】
前記吸着剤が、少なくとも１０パーセントの硝酸の水溶液で洗浄される、請求項２４〜２９および３１〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項３１】
前記第２の吸着剤材料が活性炭を含む、請求項２４〜３０および３２〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項３２】
前記第２の吸着剤材料がシリカゲルを含む、請求項２４〜３１および３３〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項３３】
前記第２の吸着剤材料を含浸する前記酸が強酸を含む、請求項２４〜３２および３４〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項３４】
前記第２の吸着剤材料を含浸する前記酸がリン酸を含む、請求項２４〜３３および３５〜４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
ガスがまず前記第１の吸着剤材料を通過し、続いて、前記第２の吸着剤材料を通過するように構成される、請求項２４〜３４および３６〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項３６】
ガスがまず前記第２の吸着剤材料を通過し、続いて、前記第１の吸着剤材料を通過するように構成される、請求項２４〜３５および３７〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項３７】
酸性ガス除去剤をさらに含む、請求項２４〜３６および３８〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項３８】
前記酸性ガス除去剤が、ヨウ化カリウム、炭酸カリウム、およびそれらの組合せが含浸された吸着剤を含む、請求項２４〜３７および３９〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項３９】
第１の吸着剤対酸性ガス除去剤の比率が、２：１〜１：２である、請求項２４〜３８および４０〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項４０】
第１の吸着剤対酸性ガス除去剤の比率が、３：１〜１：３である、請求項２４〜３９および４１〜４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項４１】
少なくとも前記第１の吸着剤材料が、充填床に提供される、請求項２４〜４０および４２のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項４２】
少なくとも前記第１の吸着剤材料が、ウェブ形態で提供される、請求項２４〜４１のいずれか一項に記載のろ材。
【請求項４３】
ガス中のシロキサンレベルを減少させる方法であって、
吸着剤材料を硝酸で洗浄する工程と、
前記吸着剤材料に、硝酸以外の強酸を含浸させる工程と、
ガス中のシロキサンレベルを減少させるように、ガスを前記吸着剤材料に通す工程と
を含む方法。
【請求項４４】
ガス中のシロキサンレベルを減少させるためのろ過システムであって、
吸着剤材料を含む第１のろ材であって、前記第１の吸着剤材料が、酸で洗浄された吸着剤を含む第１のろ材と、
吸着剤材料を含む第２のろ材であって、前記第２の吸着剤材料が、酸が含浸された吸着剤を含む第２のろ材と
を含み、
前記ガスの大部分が前記第１のろ材および前記第２のろ材を通過するように連続して構成されるろ過システム。
【請求項４５】
ガス中のシロキサンレベルを減少させるためのろ過システムであって、
吸着剤材料を含む第１のろ材であって、前記第１の吸着剤材料が、酸が含浸された吸着剤を含む第１のろ材と、
吸着剤材料を含む第２のろ材であって、前記第２の吸着剤材料が、酸で洗浄された吸着剤を含む第２のろ材と
を含み、
前記ガスの大部分が前記第１のろ材および前記第２のろ材を通過するように連続して構成されるろ過システム。
【請求項４６】
ガス中のシロキサンレベルを減少させる方法であって、
酸で洗浄された吸着剤材料を提供する工程と、
前記ガス中のシロキサンレベルを減少させるように、ガスを前記吸着剤材料に通す工程と
を含む方法。
【請求項４７】
ガス中のシロキサンレベルを減少させる方法であって、
第１の酸で洗浄され、続いて、第２の酸が含浸された吸着剤材料を提供する工程と、
前記ガス中のシロキサンレベルを減少させるように、ガスを前記吸着剤材料に通す工程と
を含む方法。
【請求項４８】
前記第１の酸および第２の酸が異なる酸である、請求項４７および４９〜５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１の酸が硝酸を含む、請求項４７〜４８および５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記第２の酸が、硝酸以外の酸を含む、請求項４７〜４９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国の国内企業であり、全ての指定国の出願人であるＤｏｎａｌｄｓｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．の名義で、２０１３年３月１５日にＰＣＴ国際特許出願として出願され、米国市民のＢｒｉａｎ  Ｎ．Ｈｏａｎｇ；米国市民のＧｅｒａｌｄ  Ｗｅｉｎｅｃｋ；インド市民のＫａｒｔｈｉｋ  Ｖｉｓｗａｎａｔｈａｎ；および米国市民のＡｎｄｒｅｗ  Ｊ．Ｄａｌｌａｓが、指定国のみのための発明者であり、内容全体が参照により本明細書に援用される、２０１２年５月７日に出願された米国仮特許出願第６１／６４３，７３２号明細書の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明の技術は、吸着剤材料に関する。
【背景技術】
【０００３】
ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、およびトリメチルシラノールなどのシロキサン化合物は、多くの先進的な製造プロセスを妨げ得る汚染物質である。例えば、シロキサン化合物は、レンズおよび光学部品を含む、フォトリソグラフィー装置などの電子部品の製造に使用される装置に深刻な損傷を与え得る。周囲空気、ツール環境および使用場所の空気流からのシロキサン化合物の除去は、このような装置および部品の損傷を避けるために重要である。したがって、ガスからシロキサン化合物を確実に除去することができる方法および材料に対する必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、部分的に、ガス中のシロキサン汚染物質を減少させるための方法および材料に関する。アンモニアおよび酸性ガスなどの他の汚染物質も、シロキサンとともに任意選択で減少される。本方法は、特定の実施形態において、酸で洗浄した吸着剤材料の利用を含む。シロキサン含有ガスが、酸で洗浄された吸着剤に通されると、ガス中のシロキサンレベルが減少される。
【０００５】
好適な吸着剤材料としては、活性炭、ならびに（例えば）シリカゲル、活性アルミナ、ゼオライト、ナノ多孔性担体、およびそれらの組合せが挙げられる。典型的に、吸着剤は、硝酸などの強酸で洗浄される。強酸で処理された後、吸着剤は、一般に、過剰な酸を除去し、吸着剤材料をより中性のｐＨに戻すために、水で洗浄される（概して、吸着剤表面は依然としてわずかに酸性のｐＨを有するが）。
【０００６】
本方法および材料は、周囲空気、ならびに清浄乾燥空気（ＣＤＡ）、窒素ガス、希ガス、および望ましくないシロキサンレベルを含有し得る他のガスからシロキサン汚染物質を除去するのに使用され得る。シロキサン（極低濃度のシロキサンであっても）の除去は、フラットパネルディスプレイの製造、フォトニクスデバイスの製造および運転、ならびに太陽電池の製造および運転などの、様々なマイクロエレクトロニクスの製造および運転プロセスにも有益であり得る。シロキサンの除去は、フォトリソグラフィープロセスなどの半導体製造に特に重要であることが多い。
【０００７】
シロキサンの除去のための酸で洗浄された吸着剤の使用に加えて、他の吸着剤材料は、シロキサンをさらに除去するため、他の汚染物質と除去するため、またはシロキサンならびに他の汚染物質を除去するためのいずれかのために、酸で洗浄された吸着剤と併用され得る。さらなる吸着剤材料としては、活性炭、ならびに（例えば）シリカゲル、活性アルミナ、ゼオライト、ナノ多孔性担体、およびそれらの組合せも挙げられる。一実装形態において、さらなる吸着剤には、強酸などの酸が含浸される。好適な酸としては、例えば、リン酸およびクエン酸が挙げられる。これらの酸が含浸された吸着剤は、アンモニアなどの塩基性の汚染物質の除去に特に好適である。
【０００８】
典型的に、２つの吸着剤（ほとんどの酸が除去される酸で洗浄された吸着剤、およびかなりの量の酸が媒体に含浸された状態で残る酸が含浸された吸着剤など）が、ガスが異なる吸着剤を通って連続して流れるようにろ材中に配置される。ここで、例えば、充填床フィルタ中に、第１の吸着剤用の１つの充填床、および第２の吸着剤用の第２の充填床が存在し得る。
【０００９】
シロキサン除去のための上記の酸で洗浄された吸着剤、および塩基の除去のための酸が含浸された吸着剤に加えて、他の材料が、他の汚染物質を除去するために組み込まれ得る。これらの材料としては、ヨウ化カリウム（ＫＩ）または炭酸カリウム（Ｋ２Ｃ０３）または水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が含浸された吸着剤を含み得る酸性ガス除去剤（ＡＧＲ）が挙げられる。この酸性ガス除去剤も、ある実装形態において、シロキサンをさらに除去することができる。酸性ガス除去剤を酸で洗浄された吸着剤と組み合わせる場合、酸で洗浄された吸着剤対酸性ガス除去剤の比率は、ある実施形態において、２：１〜１：２、あるいは３：１〜１：３、あるいは１０：１〜１：１０である。
【００１０】
本発明は、ガス中のシロキサンレベルを減少させるためのろ材であって、少なくとも２つの吸着剤を含むろ材にも関する。ある実施形態において、第１の吸着剤材料は、酸で洗浄された吸着剤を含み、第２の吸着剤材料は、酸が含浸された吸着剤を含む。
【００１１】
酸処理が、酸で洗浄された吸着剤を生成するために、吸着剤の表面を改質するのに使用される場合、一般に、酸処理は、吸着剤材料または基材を、強酸で、多くの場合、少なくとも５重量パーセントの酸である酸水溶液、より典型的に、少なくとも１０重量パーセントの強酸である酸水溶液で処理する工程を含む。特定の実装形態において、酸処理は、少なくとも３５パーセントの酸である酸溶液、任意選択で、少なくとも７０パーセントの酸である溶液中での基材の処理を含む。ある実施形態において、酸溶液は、５〜８５パーセントの酸を含み、他の実施形態において、酸溶液は、２０〜７５パーセントの酸を含み、さらに他の実施形態において、酸溶液は、３０〜６０パーセントの酸を含む。８５パーセント超の酸であっても、典型的に、酸煙または蒸気の使用によって加えられ得ることに留意されたい。
【００１２】
酸洗浄に使用される特に好適な酸は硝酸である。ある実装形態において、酸水溶液は、硝酸、任意選択で、少なくとも５パーセントの硝酸、より典型的に、少なくとも１０パーセントの硝酸を含む。特定の実装形態において、酸溶液は、少なくとも３５パーセントの硝酸、任意選択で、少なくとも７０パーセントの硝酸を含む。ある実施形態において、酸溶液は、５〜８５パーセントの硝酸を含み、他の実施形態において、酸処理は、２０〜７５パーセントの硝酸を含み、さらに他の実施形態において、酸溶液は、３０〜６０パーセントの硝酸を含む。
【００１３】
酸処理の後、吸着剤は、一般に、水、一般に、精製水で１回以上すすがれて、吸着剤から残りの酸のほとんどが除去される。少なくとも一実施形態において、洗浄された材料のｐＨは、４〜５であり、他の実施形態において、ｐＨは、３．５〜６．５であり、さらに他の実施形態において、ｐＨは、３〜７である一方、他の実装形態において、ｐＨは、２〜８である。
【００１４】
本発明の上記の概要は、本発明の記載される各実施形態を説明することを目的とするものではない。これは、以下に続く図および詳細な説明の目的である。
【００１５】
本発明は、以下の図面とともにより完全に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実装形態にしたがって作製されるろ材の斜視図である。
【図２】本発明の一実装形態にしたがって作製される第１の例のろ材の断面図である。
【図３】本発明の一実装形態にしたがって作製される第２の例のろ材の断面図である。
【図４】本発明の一実装形態にしたがって作製される第３の例のろ材の断面図である。
【図５】吸着剤媒体を用いたガス流からのシロキサン除去を示すグラフである。
【図６】吸着剤媒体を用いたガス流からのアンモニア除去を示すグラフである。
【図７】吸着剤媒体を用いたガス流からのアンモニア除去効率を示すグラフである。
【図８】吸着剤媒体を用いたガス流からのヘキサメチルジシロキサン除去効率を示すグラフである。
【図９】吸着剤媒体を用いたガス流からの全シロキサン除去効率を示すグラフである。
【図１０】吸着剤媒体を用いたガス流からの全アンモニア除去効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明には、様々な変更および改変形態が可能であるが、本発明の詳細は、例および図面として示されており、詳細に記載される。しかしながら、本発明が記載される特定の実施形態に限定されないことが理解されるべきである。逆に、本発明の趣旨および範囲内に含まれる変更形態、均等物、および改変形態を包含することが意図される。
【００１８】
本発明は、部分的に、任意選択で、塩基／塩基性ガスおよび酸／酸性ガスなどの他の汚染物質の減少とともに、ガス中のシロキサン汚染物質を減少させるための方法および材料に関する。本方法は、特定の実施形態において、ガスが吸着剤を通過するにつれてガス中のシロキサンレベルを減少させるための酸で洗浄された吸着剤材料の利用を含む。本発明は、ガス中のシロキサンレベルを減少させるためのろ材であって、少なくとも２つの吸着剤を含むろ材にも関する。第１の吸着剤材料は、酸で洗浄された吸着剤を含み、第２の吸着剤材料は、酸が含浸された吸着剤を含む。
【００１９】
本方法および媒体は、周囲空気、ならびに清浄乾燥空気（ＣＤＡ）、窒素ガス、および希ガスからシロキサン汚染物質を除去するのに使用され得る。シロキサンの除去は、フォトリソグラフィープロセスなどの半導体製造に特に重要であることが多い。シロキサンの除去は、リソグラフィトラック（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｔｒａｃｋ）、計測に、および検査プロセス中にも重要であることがあり、他の製造プロセス中も同様である。シロキサン（極低濃度のシロキサンであっても）の除去は、コンピューターディスプレイ、フォトニクス、および太陽電池の製造などの様々なマイクロエレクトロニクスの製造プロセスにも有益であり得る。
【００２０】
シロキサンの除去のための酸で洗浄された吸着剤の使用に加えて、さらなる吸着剤材料が、シロキサンをさらに除去するため、他の汚染物質を除去するため、またはシロキサンならびに他の汚染物質を除去するためのいずれかのために、酸で洗浄された吸着剤と併用され得る。
【００２１】
本発明は、部分的に、ガス中のシロキサンレベルを減少させるためのろ過システムであって、吸着剤材料を含む第１のろ材であって、第１の吸着剤材料が、酸で洗浄された吸着剤を含む第１のろ材と、吸着剤材料を含む第２のろ材であって、第２の吸着剤材料が、酸が含浸された吸着剤を含む第２のろ材とを含有するろ過システムにも関する。ろ過システムは、ガスの大部分が、第１のろ材、次いで第２のろ材を通過するように連続して構成される。
【００２２】
本発明は、代替的な実施形態において、吸着剤材料を含む第１のろ材であって、第１の吸着剤材料が、酸が含浸された吸着剤を含む第１のろ材と、吸着剤材料を含む第２のろ材であって、第２の吸着剤材料が、酸で洗浄された吸着剤を含む第２のろ材とを含むろ過システムにさらに関する。ろ過システムは、ガスの大部分が、第１のろ材、次いで第２のろ材を通過するように連続して構成される。
【００２３】
本発明は、部分的に、ガス中のシロキサンレベルを減少させる方法であって、酸で洗浄された吸着剤材料を提供する工程と、ガス中のシロキサンレベルを減少させるように、ガスを吸着剤材料に通す工程とを含む方法にさらに関する。本発明は、部分的に、ガス中のシロキサンレベルを減少させる方法であって、第１の酸で洗浄され、続いて、第２の酸が含浸された吸着剤材料を提供する工程と、ガス中のシロキサンレベルを減少させるように、ガスを吸着剤材料に通す工程とを含む方法にさらに関する。
【００２４】
吸着剤材料
さらなる吸着剤材料としては、活性炭、ならびにシリカゲル、活性アルミナ、ゼオライト、ナノ多孔性担体、およびそれらの組合せも挙げられる。一実装形態において、さらなる吸着剤には、強酸などの酸が含浸される。好適な酸としては、例えば、リン酸およびクエン酸が挙げられる。これらの酸が含浸された吸着剤は、アンモニアなどの塩基性汚染物質の除去に特に好適である。
【００２５】
典型的に、吸着剤を一緒に混合するのと対照的に、２つの吸着剤（ほとんどの酸が除去される酸で洗浄された吸着剤、およびかなりの量の酸が媒体に含浸された状態で残る酸が含浸された吸着剤など）が、ガスが異なる吸着剤を通って連続して流れるように構成される。ここで、例えば、充填床フィルタ中に、第１の吸着剤用の１つの床、および第２の吸着剤用の第２の充填床が存在し得る。
【００２６】
シロキサン除去のための上記の酸で洗浄された吸着剤、および塩基の除去のための酸が含浸された吸着剤に加えて、他の材料が組み込まれ得る。これらとしては、例えば、ヨウ化カリウム（ＫＩ）または炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）または水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの塩基が含浸された吸着剤を含む酸性ガス除去剤が挙げられる。酸性ガス除去剤も、シロキサンをさらに除去することができる。酸で洗浄された吸着剤対酸性ガス除去剤の比率は、様々な実施形態の例において、２：１〜１：２、あるいは３：１〜１：３、あるいは４：１〜１：４である。
【００２７】
酸処理が、吸着剤の表面を改質するのに使用される場合、一般に、酸処理は、吸着剤材料または基材を、強酸、多くの場合、少なくとも５重量パーセントの酸である酸水溶液、より典型的に、少なくとも１０重量パーセントの強酸である酸水溶液で処理する工程を含む。特定の実装形態において、酸処理は、少なくとも３５パーセントの酸である酸溶液、任意選択で、少なくとも７０パーセントの酸である溶液中での基材の処理を含む。ある実施形態において、酸溶液は、５〜８５パーセントの酸を含み、他の実施形態において、酸溶液は、２０〜７５パーセントの酸を含み、さらに他の実施形態において、酸溶液は、３０〜６０パーセントの酸を含む。８５パーセント超の酸であっても、典型的に、酸煙または蒸気の使用によって加えられ得ることに留意されたい。
【００２８】
ある実装形態において、酸水溶液は、硝酸、任意選択で、少なくとも５パーセントの硝酸、より典型的に、少なくとも１０パーセントの硝酸を含む。特定の実装形態において、酸溶液は、少なくとも３５パーセントの硝酸、任意選択で、少なくとも７０パーセントの硝酸を含む。ある実施形態において、酸溶液は、５〜８５パーセントの硝酸を含み、他の実施形態において、酸処理は、２０〜７５パーセントの硝酸を含み、さらに他の実施形態において、酸溶液は、３０〜６０パーセントの硝酸を含む。
【００２９】
例えば、硝酸、リン酸および硫酸などのいくつかの酸が、このプロセスに使用され得る。さらなる酸としては、例えば、クエン酸およびマロン酸が挙げられる。単一の酸または混合物、および異なる酸濃度の範囲が使用され得る。処理プロセスは、静的または動的条件で行われ得る。静的条件は、例えば、吸着剤を酸溶液に浸漬することを含む。動的条件は、例えば、撹拌および／または回転もしくは軌道振とう（ｏｒｂｉｔａｌ  ｓｈａｋｉｎｇ）しながら、酸と混合された吸着剤を有することを含む。
【００３０】
典型的に、吸着剤対酸の特定の質量対体積比と一致する酸の量が使用される。このような質量対体積比は、例えば、吸着剤の細孔容積、吸着剤源、および吸着剤のかさ密度などの要因に左右されるが、他の要因も関連し得る。活性炭の場合、好適な体積対質量（ｍｌ／ｇ）比としては、例えば、０．１〜１、１〜１０、および１０〜１００が挙げられる。炭素の単位質量当たりの細孔の体積に対する酸の体積の比率としては、０．０１〜１、１〜１０、および１０〜１００が挙げられる。
【００３１】
酸洗浄が、吸着剤の表面を改質するのに使用される場合、一般に、酸処理は、基材を強酸で処理する工程を含み、多くの場合、酸は、溶液の少なくとも５重量パーセントの強酸、より典型的に、溶液の少なくとも１０重量パーセントの強酸である水溶液中である。特定の実装形態において、酸は、溶液の少なくとも３５重量パーセントの酸、任意選択で、溶液の少なくとも７０重量パーセントの酸を含む。ある実施形態において、酸溶液は、溶液の５〜８５重量パーセントの酸を含み、他の実施形態において、酸は、溶液の２０〜７５重量パーセントの酸を含み、さらに他の実施形態において、酸は、溶液の３０〜６０重量パーセントの酸を含む。
【００３２】
処理時間はまた、吸着剤の細孔容積、吸着剤源、および吸着剤のかさ密度を含む様々な要因に基づいて変化する。処理時間は、典型的に、数分間から数日間まで変化する。ある実装形態において、表面処理は、１時間以下であり、他の実装形態において、表面処理は、２４時間以下であり、さらに他の実装形態において、表面処理は、２４時間を超える。
【００３３】
様々な実施形態において、吸収剤は、酸処理の直後に使用され得る。他の実施形態において、吸着剤は、酸の一部を除去するために水で洗浄される。あるこのような実施形態において、１重量％〜１０重量％、場合により、１〜２０重量％の酸が、吸着剤中に残り得る。それらの実施形態のいくつかにおいて、２％〜７％の酸が、吸着剤中に残り得る。少なくとも一実施形態において、３％〜５％の酸が、吸着剤中に残る。試料のｐＨは、洗浄に使用される水の量によって制御され得る。様々な実施形態において、試料のｐＨは、わずかに酸性である。少なくとも一実施形態において、試料のｐＨは、４〜５であり、他の実施形態において、ｐＨは、３．５〜６．５であり、さらに他の実施形態において、ｐＨは、３〜７である一方、他の実装形態において、ｐＨは、２〜８である。一般に、酸性基の量は、炭素のグラム当たり０．１〜１０ｍｍｏｌの酸性基の範囲である。ある実装形態において、酸性基の量は、炭素のグラム当たり１．０〜１０ｍｍｏｌの酸性基、他の実装形態において、炭素のグラム当たり１．０〜５．０ｍｍｏｌの酸性基の範囲である。
【００３４】
本発明は、部分的に、ガス中のシロキサンレベルを減少させるためのろ過システムであって、吸着剤材料を含む第１のろ材であって、第１の吸着剤材料が、酸で洗浄された吸着剤を含む第１のろ材と、吸着剤材料を含む第２のろ材であって、第２の吸着剤材料が、酸が含浸された吸着剤を含む第２のろ材とを含有するろ過システムにも関する。ろ過システムは、ガスの大部分が第１のろ材および第２のろ材を通過するように連続して構成される。
【００３５】
本発明は、代替的な実施形態において、吸着剤材料を含む第１のろ材であって、第１の吸着剤材料が、酸が含浸された吸着剤を含む第１のろ材と、吸着剤材料を含む第２のろ材であって、第２の吸着剤材料が、酸で洗浄された吸着剤を含む第２のろ材とを含むろ過システムにさらに関する。ろ過システムは、ガスの大部分が第１のろ材および第２のろ材を通過するように連続して構成される。
【００３６】
本発明は、部分的に、ガス中のシロキサンレベルを減少させる方法であって、酸で洗浄された吸着剤材料を提供する工程と、ガス中のシロキサンレベルを減少させるように、ガスを吸着剤材料に通す工程とを含む方法にさらに関する。
【００３７】
本発明は、部分的に、ガス中のシロキサンレベルを減少させる方法であって、第１の酸で洗浄され、続いて、第２の酸が含浸された吸着剤材料を提供する工程と、ガス中のシロキサンレベルを減少させるように、ガスを吸着剤材料に通す工程とを含む方法にさらに関する。ある実施形態において、第１の酸および第２の酸は、異なる酸である。第１の酸は、例えば、硝酸であり得る。第２の酸は、一般に、硝酸以外の酸を含む。第２の酸は、例えば、クエン酸を含み得る。
【００３８】
吸着剤材料を含有するエレメント
ここで、図面を参照すると、図１は、本発明の一実装形態にしたがって作製される、ガス流から汚染物質を除去するためのろ材の簡略化された図を示す。エレメント１０は、底部１２および上部１４を含む。ガスは、（全体的なガス流れ方向を示す大きい矢印によって示されるように）底部１２から媒体パック１６の１つ以上の層を通り、次いで、エレメント１０の上部１４を出るように流れる。
【００３９】
図２、３、および４は、断面Ａ−Ａ’に沿った、エレメント１０などのエレメントのための代替的な媒体パック構成の断面図を示す。図２において、エレメント１０Ａは、媒体の２つの層２２、２４を有する。示される実施形態において、媒体層（充填された炭素床など）は、体積がほぼ等しい。下層２４は、主に、シロキサンを除去するために、例えば、酸で洗浄された活性炭を含み得る一方、上層２２は、アンモニアを除去するために、リン酸が含浸された活性炭を含有し得る。上層２２および／または下層２４中の吸着剤と混合され得る、酸性ガス除去剤などの他の材料も含まれ得る。
【００４０】
図３は、上層２６よりかなり多い媒体を含有する下層２８を有する以外、図２の設計と類似の設計を有するエレメント１０Ｂを示す。いずれかの層が、酸で洗浄された吸着剤を含有し得、いずれかの層が、酸が含浸された吸着剤を含有し得ることが理解されよう。しかしながら、一般に、単層は、酸で洗浄された吸着剤および酸が含浸された吸着剤を両方とも含有するわけではない（このような混合物が、ある実装形態に適切であることもあるが）。また、上層が、下層より多い吸着剤を有し得る（したがって、層２６、２８が逆にされ得る）ことが理解されよう。
【００４１】
図４は、ろ材１０Ｃのさらに別の実施形態を示し、この場合は３つの媒体層３０、３２、３４を有する。層３０、３２、３４は、本明細書に記載される様々な吸着剤を含有し得る。例えば、それらの層は、酸で洗浄された吸着剤、酸が含浸された吸着剤、酸性ガス除去剤、またはガスからの汚染物質の減少、特に、シロキサンの減少に対応する他の材料のうちの１つ以上を含有し得る。
【００４２】
図２、３、および４に示される構成の他に代替的な構成が可能であることが理解されよう。例えば、ある実装形態において、様々な吸着剤材料（酸で洗浄された炭素および酸が含浸された炭素など）が一緒に混合され得る。ある実装形態において、様々な吸着剤材料が、ブレンドと層状の構造との組合せで提供され、それによって、いくつかの層は、混合された吸着剤であり、いくつかの層は、混合されていない吸着剤である。
【実施例】
【００４３】
シロキサンおよびアンモニアの除去に対する様々な材料の有効性を、いくつかの媒体構造の例を用いて試験した。試験のために、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）バブラー（ｂｕｂｂｌｅｒ）を通して空気を流して、触媒コンバータを用いてトリメチルシロキサン（ＴＭＳ）およびヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を生成した。試験ガスの全シロキサン濃度を２０ｐｐｍで測定し、アンモニア濃度を１０百万分率で測定した。ガスを、５０パーセントの相対湿度で、２５℃の温度に維持した。ガスの流量を、フルサイズのエレメント中で時間当たり２，６００立方メートルの流量をシミュレートするように維持した。汚染物質レベルを、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）を用いて測定した。
【００４４】
図５および図６に示されるように、以下の吸着剤材料を試験した。酸性ガス除去剤を含む活性炭であった炭素Ａ。約１２〜１８パーセントの含浸レベルでクエン酸が含浸された炭素であった炭素Ｂ。約３５パーセントの含浸レベルでクエン酸が含浸された媒体であった炭素Ｂ１。硝酸で洗浄された炭素であった炭素Ｎ。異なるメッシュサイズを有する硝酸で洗浄された炭素であった炭素Ｎ１。１５％のリン酸が含浸された炭素メッシュであった炭素Ｐ１５。１５％のリン酸が含浸された炭素メッシュであった炭素Ｐ１５−１。１０％のリン酸が含浸された炭素メッシュであった炭素Ｐ１０。１０％のリン酸が含浸された炭素メッシュであった炭素Ｐ１０−１。５％のリン酸が含浸された炭素メッシュであった炭素Ｐ５。５％のリン酸が含浸された炭素メッシュであった炭素Ｐ５−１。非含浸炭素であった炭素ＮＩＣ。第１のシリカゲルであったシリカゲル４０、および第２のシリカゲルであったシリカゲル５９。図５および図６に示される材料は、場合によっては、異なるメッシュである複数の材料で構成されていた。
【００４５】
図５から明らかであるように、硝酸で処理された炭素は、他の媒体材料と比べて、シロキサンの除去での優れた性能を示す。図６から明らかであるように、リン酸が含浸された炭素を含む様々な媒体構造が、アンモニアを除去するのに使用され得る。これらの材料は、ガス流からシロキサンおよびアンモニアの両方を除去するフィルタを生成するために、連続流路において組み合わされ得る。
【００４６】
図７は、２つの異なるシステムを示す、吸着剤媒体を用いた、ガス流からのアンモニア除去効率曲線を示すグラフである。システムＡは、本発明にしたがって作製され、炭素Ａおよび炭素Ｐ１５−１ならびに炭素Ｎ１および炭素Ｐ１５−１を含んでいた。システムＢは、第１段の炭素Ａおよび炭素Ｂに加えて、第２段の炭素Ａおよび炭素Ｂを含有していた。各システムは、実質的に同じ量の全炭素媒体を含有していた。試験条件を、１０ｐｐｍＶ、２５℃、５０パーセントの相対湿度、およびシステム中の０．２４秒間の保持時間で実施した。図７に示されるように、システムＡは、除去効率の点でシステムＢより良好に機能し、これは、アンモニアの大幅に長い有効な除去期間を示す。
【００４７】
図８は、吸着剤媒体を用いた、ガス流からのヘキサメチルジシロキサン除去効率曲線を示すグラフである。システムＡは、本発明にしたがって作製され、炭素Ａおよび炭素Ｐ１５−１ならびに炭素Ｎ１および炭素Ｐ１５−１を含んでいた。システムＢは、第１段の炭素Ａおよび炭素Ｂに加えて、第２段の炭素Ａおよび炭素Ｂを含有していた。各システムは、実質的に同じ量の全炭素媒体を含有していた。試験条件を、１０ｐｐｍＶ、２５℃、５０パーセントの相対湿度、およびシステム中の０．２４秒間の保持時間で実施した。図８に示されるように、システムＡは、除去効率の点でシステムＢより良好に機能し、これは、ヘキサメチルジシロキサンの大幅に長い有効な除去期間を示す。
【００４８】
図９は、吸着剤媒体を用いた、ガス流からの全シロキサン除去効率曲線を示すグラフである。システムＡは、本発明にしたがって作製され、炭素Ａおよび炭素Ｐ１５−１ならびに炭素Ｎ１および炭素Ｐ１５−１を含んでいた。各システムは、実質的に同じ量の全炭素媒体を含有していた。システムＢは、第１段の炭素Ａおよび炭素Ｂに加えて、第２段の炭素Ａおよび炭素Ｂを含有していた。試験条件を、２０ｐｐｍＶ、２５℃、５０パーセント相対湿度、およびシステム中の０．２４秒間の保持時間で実施した。図９に示されるように、システムＡは、除去効率の点でシステムＢより良好に機能し、これは、全シロキサンの大幅に長い有効な除去期間を示す。
【００４９】
図１０は、吸着剤媒体を用いた、ガス流からの全アンモニア除去効率曲線を示すグラフである。システムＡは、本発明にしたがって作製され、炭素Ａおよび炭素Ｐ１５−１ならびに炭素Ｎ１および炭素Ｐ１５−１を含んでいた。各システムは、実質的に同じ量の全炭素媒体を含有していた。システムＢは、第１段の炭素Ａおよび炭素Ｂに加えて、第２段の炭素Ａおよび炭素Ｂを含有していた。試験条件を、１０ｐｐｍＶ、２５℃、５０パーセントの相対湿度、およびシステム中の０．２４秒間の保持時間で実施した。図１０に示されるように、システムＡは、除去効率の点でシステムＢより良好に機能し、これは、アンモニアの大幅に長い有効な除去期間を示す。
【００５０】
本発明が、いくつかの特定の実装形態を参照して記載されてきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに本発明に多くの変形を行い得ることを当業者は認識するであろう。
【図１】
2019058909.tif 000003
【図２】
2019058909.tif 000004
【図３】
2019058909.tif 000005
【図４】
2019058909.tif 000006
【図５】
2019058909.tif 000007
【図６】
2019058909.tif 000008
【図７】
2019058909.tif 000009
【図８】
2019058909.tif 000010
【図９】
2019058909.tif 000011
【図１０】
2019058909.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月19日(2018.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス中のシロキサンレベルを減少させる方法であって、
第１の吸着剤材料の第１層であって、前記第１の吸着剤材料は、酸性ガス除去剤を含む、第１層と、
第２の吸着剤材料の第２層であって、前記第２の吸着剤材料は、リン酸が含浸された活性炭を含む、第２層と、
第３の吸着剤材料の第３層であって、前記第３の吸着剤材料は、強酸で洗浄された活性炭を含み、ここで、前記強酸で洗浄された活性炭が３〜７のｐＨを有する、第３層と、を含むろ材を提供する工程と、
前記ガス中のシロキサンレベルを減少させるように、ガスを前記第１の吸着剤材料、前記第２の吸着剤材料および前記第３の吸着剤材料に連続的に通す工程と
を含む、方法。
【請求項２】
ガス中のシロキサンレベルを減少させるためのろ材であって、
第１の吸着剤材料の第１層であって、前記第１の吸着剤材料は、酸性ガス除去剤を含む、第１層と、
第２の吸着剤材料の第２層であって、前記第２の吸着剤材料は、リン酸が含浸された活性炭を含む、第２層と
第３の吸着剤材料の第３層であって、前記第３の吸着剤材料は、強酸で洗浄された活性炭を含み、ここで、前記強酸で洗浄された活性炭が３〜７のｐＨを有する、第３層と、を含み、
前記第１の吸着剤材料、前記第２の吸着剤材料および前記第３の吸着剤材料は、連続流路を規定するように配置される、ろ材。
【請求項３】
前記強酸で洗浄された活性炭は、硝酸で酸洗浄される、請求項２に記載のろ材。
【請求項４】
前記酸性ガス除去剤が、ヨウ化カリウム、炭酸カリウム、または水酸化ナトリウム、またはそれらの組合せを含む、請求項２に記載のろ材。
【請求項５】
前記第３の吸着剤材料の活性炭を、硝酸を含む溶液で洗浄して前記強酸で洗浄された活性炭を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【外国語明細書】
2019058909000001.pdf