专利名称：利用电化学方法清洗有机物的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电化学氧化领域，特别是一种利用电化学方法清洗有机物的方法与装置。
背景技术：
高级氧化处理(AOP)技术被广泛用于降解或分解有机物，特别是难降解的有机污染物。目前，电化学氧化处理对工业废水的处理扮演着十分重要的角色，氧化过程在降低有毒污染方面越来越受到人们的关注。与此同时，用电化学氧化方法处理半导体器件上的光刻胶剥离以及活性炭再生也越来越受到人们的重视。
半导体器件制造工艺中，光刻胶剥离一般采用等离子灰化，以及湿式工艺。在大多数情况下，湿式清洗是在灰化之后进行，用来清除等离子工艺导致的有机物或聚合物残留。湿式清洗使用的溶液一般是SPM-APM的混合物，其中SPM溶液是硫酸(H2SO4)和过氧化氢(H2O2)的混合物，APM溶液是氢氧化铵、过氧化氢和水的混合物。这种传统的化学清洗试剂SPM和APM都含有金属离子杂质，它们对新式栅结构的电学性能有负面影响；而且，对于清洗试剂SPM和APM，若要保证清洗效率和器件电学性能，就要求它们是一次性使用，使清洗成本很高；此外，传统化学试剂的使用和水的消耗对环境造成不良影响。
活性炭是一种无毒无味，具有发达细孔结构和巨大比表面积的优良吸附剂。现有技术中大量使用活性炭吸附法处理城市饮用水和工业废水，二硫化碳废水处理，以及炼油废水、炸药废水、印染废水、化工废水和电镀废水处理等方面。随着活性炭的应用范围日趋广泛，活性炭的回收开始得到了人们的重视。如果用过的活性炭无法回收，除了每吨废水的处理费用将会增加外，还会对环境造成二次污染。因此，活性炭的再生具有格外重要的意义。传统活性炭再生方法包括热再生法、生物再生法等活性炭再生的传统方法，同时目前新兴的活性炭再生技术有、超临界流体法、催化湿式氧化法和超声波法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的问题，而提供一种利用电化学方法清洗有机物的方法与装置，该方法利用金刚石膜电极在电化学氧化上的优势，用电解液直接清洗待清洗对象表面的有机物，效果明显优于其它应用于电化学水处理中的电极。
本发明为实现发明目的公开了一种利用电化学方法清洗有机物的方法。其特征在于将含有有机物的清洗对象置于电解液中；利用金刚石膜电极作阳极，在电流密度100-5000Am-2范围之间，电化学氧化水中羟基(OH-)生成羟基自由基(OH·)氧自由基(O·)、臭氧(O3)、以及过氧化氢(H2O2)。
本发明还公开了一种专用于利用电化学方法清洗有机物方法的电化学清洗装置，包括电解池、电极、离子膜，其特征在于所说的电解池是单厢电解池或是双厢、多厢电解池，双厢和多厢电解池的电解槽中间用离子膜间隔；所说的电极有一组或多组，每组电极组由阳极-金刚石膜电极和阴极-普通金属电极构成，相邻的阳极和阴极两电极间距为0.5-50mm；同时利用机械方式实现电解液的扰动。
本发明充分利用了金刚石膜电极在电化学氧化技术上的优势，发挥了金刚石膜电极的应用潜力。使用金刚石膜电极产生氢氧自由基、氧自由基等氧化粒子可进行有机清洗，例如用来清洗光刻胶剥离半导体器件避免了传统的湿式工艺中的一定含量的重金属、碱金属元素，能达到器件设计的要求；用来进行活性炭再生，可以大大降低成本，而且不会造成环境污染。本发明利用金刚石膜电极进行有机清洗的设备简单，便于操作，并且不会产生二次污染。耗能少，满足低成本制造的要求以及对环境无害的要求。
图1电化学清洗装置示意图。
图中1.阳极；2.阴极；3.水泵；4.容器；5.流量计；6.电源。
具体实施方式本发明利用电化学方法清洗有机物的方法，将清洗对象置于电解液中，利用金刚石膜电极作阳极，在电流密度100-5000Am-2范围之间，电化学氧化水中羟基(OH-)生成羟基自由基(OH·)氧自由基(O·)、臭氧(O3)、以及过氧化氢(H2O2)。
本发明的电化学清洗装置由电解池、电极、离子膜、流量计5、电源6等组成。其电解池是单厢电解池也可以是双厢或多厢电解池，双厢和多厢电解池的电解槽中间用离子膜将阴极槽和阳极槽隔开。所说的电极可以有一组或多组，每组电极组由阳极-金刚石膜电极和阴极-普通金属电极构成，相邻的阳极1和阴极2两电极间距为0.5-50mm，将电极固定在处理槽中。多组电极组的联接可以并联也可以串联。为提高清洗效率，可通过设置水泵3或搅拌器的方式实现电解液的扰动或循环。
为便于清洗某些清洗对象或为大量清洗清洗对象方便，电解池也可通过循环管路和循环泵连接一个清洗对象容器4。即将清洗对象置于容器，通过循环管路将电解液引入清洗容器，并可不断与电解池中的电解液循环。例如，容器用于盛装有机物污染活性炭，进行活性炭再生。当电解池是双厢或多厢电解池时，循环管路与阳极槽相通。
本发明可以是对光刻胶剥离半导体器件作为清洗对象进行有机清洗。将需进行有机清洗的器件置入单厢电解池中，如果是双厢或多厢电解池，置入阳极槽中。电极组通直流电电解水，通过控制电流的大小来控制清洗效率。电流密度越大效率越高，电流密度范围在100-5000Am-2之间。
本发明也可以是对有机物污染的活性炭作为清洗对象进行活性炭再生清洗。利用单厢或多厢电解池处理器电解水，利用水泵实现处理器与活性炭容器间水的循环。电流密度越大处理效率越高，电流密度范围在100-5000Am-2之间。
本发明利用电化学方法清洗有机物的工作原理是金刚石膜电极作阳极在电解水时，由于金刚石膜电极的析氧电位很高，金刚石的电极电势(＞+3V)，在氧气未析出时，就能在电极表面S能产生大量的氢氧自由基(OH·)
S在阳极表面，S(HO·)是电极表面的氢氧自由基(OH·)。在一般的反应的电极上，吸附了的HO·会使电极钝化，但是在比较稳定的电极上，比如说金刚石膜电极，会把吸附的S(HO·)通过氧化生成氧气
氧气可以进一步被电极表面的氢氧自由基氧化成O3，
除了O3外，S(HO.)通过在结合生成H202
羟基自由基以及臭氧等粒子具有很高的氧化性，这对于有效的光刻胶剥离和有机清洗非常重要。羟基自由基是有机清洗的关键。活性炭再生是将吸附在活性炭表面的有机废物清除，氧自由基(O·)、臭氧(O3)、过氧化氢(H2O2)以及羟自由基(OH·)等高强度氧化试剂可以实现对这些有机物的氧化清除，从而实现活性炭的再生。
实施例一将高温石蜡均匀涂在抛光硅片上，厚度为1mm，然后将其放入单电极组单厢电解池处理装置中，相邻阴阳电极间距为1mm，电压为10V，电流为2.5A，电流密度在1000Am-2左右。处理1个小时后，石蜡有明显的脱落现象，2小时后石蜡全部脱落，无残留。
实施例二将高温石蜡均匀涂在抛光硅片上，厚度为1mm，然后将其放入单电极组双厢电解池处理装置阳极槽中，相邻阴阳电极间距为2mm，电压为13V，电流2.5A，电流密度在1000Am-2左右。处理0.5小时后，石蜡有明显的脱落现象，70分钟后石蜡全部脱落，无残留。
实施例三将高温石蜡均匀涂在抛光硅片上，厚度为1mm，然后将其放入多电极组单厢电解池处理装置中，相邻阴阳电极间距为1mm，电压为10V，电流100A，电流密度在7000Am-2左右。处理2min后，石蜡有明显的脱落现象，10min后石蜡全部脱落，无残留。
实施例四将饱和的活性炭置入容器中，将单厢多电极组电化学氧化处理器与容器连接，相邻阴阳电极间距为0.5mm，用水泵实现水在装置与容器之间的循环。通入直流电，电压为10V，电流为5A，电流密度在1000Am-2左右。经过5小时的清洗后，将活性炭从容器中取出，经测试可知活性炭的活性恢复为初始状态。
权利要求
1.一种利用电化学方法清洗有机物的方法，其特征在于将含有有机物的清洗对象置于电解液中；利用金刚石膜电极作阳极，在电流密度100-5000Am-2范围之间，电化学氧化水中羟基(OH-)生成羟基自由基(OH·)氧自由基(O·)、臭氧(O3)、以及过氧化氢(H2O2)。
2.一种用于权利要求1的利用电化学方法清洗有机物方法的电化学清洗装置，包括电解池、电极、离子膜，其特征在于所说的电解池是单厢电解池或是双厢、多厢电解池，双厢和多厢电解池的电解槽中间用离子膜间隔；所说的电极有一组或多组，每组电极组由阳极-金刚石膜电极和阴极-普通金属电极构成，相邻的阳极和阴极两电极间距为0.5-50mm；同时利用机械方式实现电解液的扰动。
3.按照权利要求4所述的电化学清洗装置，其特征在于所说的电解池中的电解液通过循环管路和循环泵连接到一个待清洗对象容器。
4.按照权利要求4或5所述的电化学清洗装置，其特征在于所说的电解池是双厢或多厢电解池，循环管路与阳极槽相通。
5.按照权利要求4或5所述的电化学清洗装置，其特征在于所说的多组电极组的联接可以并联也可以串联。
6.按照权利要求6所述的电化学清洗装置，其特征在于所说的多组电极组的联接可以并联也可以串联。
7.按照权利要求4或5、8所述的电化学清洗装置，其特征在于所说的利用机械方式实现电解液的扰动，可以是水泵或搅拌器。
8.按照权利要求7所述的电化学清洗装置，其特征在于所说的利用机械方式实现电解液的扰动，可以是水泵或搅拌器。
全文摘要
本发明公开了一种利用电化学方法清洗有机物的方法与清洗装置。其特征在于利用金刚石膜电极作阳极，在电流密度100－5000Am
文档编号C25F1/00GK1884631SQ20061001385
公开日2006年12月27日 申请日期2006年5月25日 优先权日2006年5月25日
发明者常明, 潘鹏, 曲长庆, 孙伟, 周志刚, 高宝红 申请人:天津理工大学