一种树脂-电解结合制备电子级磷酸并原位再生树脂的方法技术

本发明专利技术属于电子级磷酸制备领域，公开了一种树脂

【技术实现步骤摘要】
一种树脂
‑
电解结合制备电子级磷酸并原位再生树脂的方法


[0001]本专利技术属于电子级磷酸制备领域，更具体地，涉及一种树脂
‑
电解结合制备电子级磷酸并原位再生树脂的方法。

技术介绍

[0002]电子级磷酸水溶液广泛应用于超大规模集成电路、大屏幕液晶显示器等微电子工业，主要用于芯片的湿法清洗和湿法蚀刻。而磷酸中金属离子的含量对芯片的成品率影响很大，比如，碱金属杂质会溶进氧化膜中，导致绝缘电压下降，重金属杂质附着在晶片表面上会使P
‑
N结耐电压下降，杂质分子或离子的附着又会造成腐蚀或漏电等故障。
[0003]电子级超纯试剂大多采用蒸馏、精馏、膜过滤、离子交换、萃取、结晶这些耦合工艺制备。相应地，目前电子级磷酸的制备方法有H3P分解法、磷酸三酯水解法、黄磷燃烧一步法等。
[0004]电解制备电子级磷酸利用阴离子交换膜对磷酸二氢根、磷酸一氢根和磷酸根等阴离子的选择透过性对磷酸进行提纯。但技术人员实验发现磷酸中的部分高价金属通过电解去除的效果较差。强酸性阳离子交换树脂上带有磺酸基(—SO3H)等强酸性基团，其解离出的H
+
可以与等当量的金属阳离子进行离子交换，从而达到吸附去除金属离子的目的。螯合型树脂是一种能与金属离子形成多位配合物的交联功能高分子化合物，该类树脂上的功能原子基团能和金属离子发生配位反应，从而形成类似小分子螯合物的稳定结构，达到吸附去除金属离子的目的。同时，金属离子作为酸(即电子受体)和树脂中的官能团配体作为碱(即电子供体)遵循路易斯酸碱电子理论，即强碱优先与强酸反应，弱碱优先与弱酸反应。金属离子酸，离子所带电荷越多，半径越小，离子势Zeff/r越大，吸引电子对的趋势越大，酸性越强，树脂对其的吸附能力越强。即树脂可吸附除去电解去除效果较差的磷酸中的高价金属阳离子。
[0005]由于树脂脱除金属阳离子的本质是离子交换平衡，即树脂再生过程中，酸中的H
+
与树脂中的金属阳离子进行交换，金属阳离子溶出到溶液中，树脂内重新吸附H
+
离子。因此，树脂的再生需要使用大量酸，进而会产生大量废酸，处理工艺复杂、能耗高，且造成资源浪费。
[0006]因此，目前亟待提出一种树脂
‑
电解结合制备电子级磷酸并原位再生树脂的方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供了一种树脂
‑
电解结合制备电子级磷酸并原位再生树脂的方法。本专利技术利用阴离子交换膜的选择透过性和阳离子交换树脂对金属离子的吸附作用，将磷酸水溶液中难以用常规方法除去的金属离子去除，电解制备电子级磷酸产品。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种树脂
‑
电解结合制备电子级磷酸并原位再生树脂的方法，所述方法包括如下步骤：
[0009]S1：树脂预处理除杂；
[0010]S2：将磷酸水溶液原料A注入电解系统的阴极液储罐中，将超纯水注入含步骤S1的预处理除杂树脂和/或再生树脂的阳极液储罐中，接通电源进行动态循环电解；阴极液储罐中的磷酸水溶液原料A电离产生的阴离子在电场的作用下依次通过电解系统的阴极室、阴离子交换膜到达阳极室，和阳极电解产生的氢离子结合生成一级提纯磷酸；阳极液储罐中的树脂对一级提纯磷酸中的金属阳离子进行吸附去除；当所述阳极液储罐中的磷酸水溶液B质量浓度达到第一阈值时，停止动态循环电解，得到电子级磷酸产品；
[0011]S3：树脂再生：
[0012]将步骤S2得到的电子级磷酸产品排出所述电解系统后，将超纯水注入阳极液储罐中与步骤S2使用后的树脂混合；将工业级磷酸原料溶液注入阴极液储罐中，接通电源进行动态循环电解；阴极液储罐中的磷酸原料电离产生的阴离子在电场的作用下依次通过所述阴极室、阴离子交换膜到达阳极室，和阳极电解产生的氢离子结合生成一级提纯磷酸；利用一级提纯磷酸对阳极液储罐中的树脂进行解吸再生；当所述阳极液储罐中的磷酸水溶液C质量浓度高于第二阈值后，停止动态循环电解；
[0013]将阳极液储罐中的磷酸水溶液C和阴极液储罐中的剩余磷酸水溶液排出所述电解系统，向所述阳极液储罐和阴极液储罐中注入超纯水，进行循环冲洗至清洗液中金属元素含量低于第三阈值，得到所述再生树脂。
[0014]根据本专利技术，优选地，如图1所示，所述电解系统包括电解槽、所述阴离子交换膜、所述阳极液储罐、所述阴极液储罐和所述电源；
[0015]所述阴离子交换膜用于将所述电解槽分为所述阳极室和所述阴极室；
[0016]所述阳极室和阴极室分别设置有阳极片和阴极片；
[0017]所述阴极液储罐设有第一导管和第二导管，所述第一导管的一端靠近所述阴极液储罐底部，另一端通过阴极蠕动泵靠近所述阳极室底部；所述第二导管的一端靠近所述阴极室顶部，另一端靠近所述阴极液储罐顶部；
[0018]所述阳极液储罐设有第三导管和第四导管，所述第三导管的一端靠近所述阳极液储罐底部，另一端通过阳极蠕动泵靠近所述阳极室底部；所述第四导管的一端靠近所述阳极室顶部，另一端靠近所述阳极液储罐顶部；
[0019]所述电源的正负极分别与所述阳极片和阴极片电连接。
[0020]在本专利技术中，通过所述第一导管、第二导管、第三导管、第四导管、阴、阳极蠕动泵的设置实现电解槽以下进上出的方式进行进出料。
[0021]在本专利技术中，所述阳极蠕动泵和阴极蠕动泵用于实现所述动态循环电解和所述树脂预处理除杂、再生方法中的循环冲洗。
[0022]根据本专利技术，优选地，所述电解槽为超纯板框式电解槽。
[0023]根据本专利技术，优选地，所述电解槽的材质为超纯聚四氟乙烯和氟烷基乙烯基醚共聚物、超纯高密度聚乙烯和超纯聚四氟乙烯中的至少一种，优选为超纯聚四氟乙烯和氟烷基乙烯基醚共聚物。
[0024]根据本专利技术，优选地，所述阴离子交换膜为季胺碱型阴离子交换膜。
[0025]根据本专利技术，优选地，所述阳极片和阴极片各自独立地为纯度为大于99.9％的铂电极，优选为纯度为99.999％以上的铂电极。
[0026]根据本专利技术，优选地，所述阳极片和阴极片之间的距离为0.5
‑
3.0cm。
[0027]根据本专利技术，优选地，所述树脂为阳离子交换树脂，优选为强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂、大孔强酸性阳离子交换树脂和大孔螯合型阳离子交换树脂中的至少一种。
[0028]在本专利技术中，所述树脂始终保持在阳极液储罐中。
[0029]根据本专利技术，优选地，所述树脂预处理除杂的方法包括：
[0030]将树脂和超纯水注入阳极液储罐中，将工业级磷酸原料溶液注入阴极液储罐中，接通电源进行动态循环电解；阴极液储罐中的磷酸原料电离产生的阴离子在电场的作用下依次通过所述阴极室、阴离子交换膜到达阳极室，和阳极电解产生的氢离子结合生成一级提纯磷酸；利用一级提纯磷酸对阳极液储罐中的树脂进行预处理除杂；当所述阳极液储罐中的磷酸水溶液D质量浓度高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种树脂
‑
电解结合制备电子级磷酸并原位再生树脂的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1：树脂预处理除杂；S2：将磷酸水溶液原料A注入电解系统的阴极液储罐中，将超纯水注入含步骤S1的预处理除杂树脂和/或再生树脂的阳极液储罐中，接通电源进行动态循环电解；阴极液储罐中的磷酸水溶液原料A电离产生的阴离子在电场的作用下依次通过电解系统的阴极室、阴离子交换膜到达阳极室，和阳极电解产生的氢离子结合生成一级提纯磷酸；阳极液储罐中的树脂对一级提纯磷酸中的金属阳离子进行吸附去除；当所述阳极液储罐中的磷酸水溶液B质量浓度达到第一阈值时，停止动态循环电解，得到电子级磷酸产品；S3：树脂再生：将步骤S2得到的电子级磷酸产品排出所述电解系统后，将超纯水注入阳极液储罐中与步骤S2使用后的树脂混合；将工业级磷酸原料溶液注入阴极液储罐中，接通电源进行动态循环电解；阴极液储罐中的磷酸原料电离产生的阴离子在电场的作用下依次通过所述阴极室、阴离子交换膜到达阳极室，和阳极电解产生的氢离子结合生成一级提纯磷酸；利用一级提纯磷酸对阳极液储罐中的树脂进行解吸再生；当所述阳极液储罐中的磷酸水溶液C质量浓度高于第二阈值后，停止动态循环电解；将阳极液储罐中的磷酸水溶液C和阴极液储罐中的剩余磷酸水溶液排出所述电解系统，向所述阳极液储罐和阴极液储罐中注入超纯水，进行循环冲洗至清洗液中金属元素含量低于第三阈值，得到所述再生树脂。2.根据权利要求1所述的树脂
‑
电解结合制备电子级磷酸并原位再生树脂的方法，其中，所述电解系统包括电解槽、所述阴离子交换膜、所述阳极液储罐、所述阴极液储罐和所述电源；所述阴离子交换膜用于将所述电解槽分为所述阳极室和所述阴极室；所述阳极室和阴极室分别设置有阳极片和阴极片；所述阴极液储罐设有第一导管和第二导管，所述第一导管的一端靠近所述阴极液储罐底部，另一端通过阴极蠕动泵靠近所述阳极室底部；所述第二导管的一端靠近所述阴极室顶部，另一端靠近所述阴极液储罐顶部；所述阳极液储罐设有第三导管和第四导管，所述第三导管的一端靠近所述阳极液储罐底部，另一端通过阳极蠕动泵靠近所述阳极室底部；所述第四导管的一端靠近所述阳极室顶部，另一端靠近所述阳极液储罐顶部；所述电源的正负极分别与所述阳极片和阴极片电连接。3.根据权利要求2所述的树脂
‑
电解结合制备电子级磷酸并原位再生树脂的方法，其中，所述电解槽为超纯板框式电解槽；所述电解槽的材质为超纯聚四氟乙烯和氟烷基乙烯基醚共聚物、超纯高密度聚乙烯和超纯聚四氟乙烯中的至少一种；所述阴离子交换膜为季胺碱型阴离子交换膜；所述阳极片和阴极片各自独立地为纯度为大于99.9％的铂电极；所述阳极片和阴极片之间的距离为0.5
‑
3.0cm。
4.根据权利要求1所述的树...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡硕真，程玉娇，张新胜，高照群，周庆港，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：