跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(100.26.196.222) 您好!臺灣時間:2024/03/01 05:40
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:徐位宏
研究生(外文):Wei-Hung Hsu
論文名稱:以微波電漿火炬系統進行PFC分解及產物分析之初探
論文名稱(外文):Application of Microwave Plasma Torch Decompose PFC and The Basic Research of Byproduct Analysis
指導教授:易逸波易逸波引用關係
指導教授(外文):Yet-Pole I
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:環境與安全工程系碩士班
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:176
中文關鍵詞:微波電漿反應器FTIRHF尾氣處理裝置微波功率四氟化碳氣體
外文關鍵詞:microwave powermicrowave plasma reactortail gas neutralization treatment deviceCF4HFFTIR
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:273
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本研究使用自行設計之微波電漿反應器﹝1﹞,配合微波產生器(磁控管和電源供應器)及E-H tuner(微波阻抗匹配調諧器)﹝2﹞改進之微波電漿反應系統,來進行電漿處理全氟化物(Perfluorinated Compounds,PFC)之相關研究。研究中以CF4 氣體﹝2﹞(常溫下)作為實驗模式氣體,藉由調整操作參數﹙包括:反射波形穩定性、反射波形大小、電源功率大小、CF4進氣流量、添加甲烷CH4﹚探討微波電漿反應系統對CF4的分解去除效率(DRE值)。經適當修正各個操作參數後(1200W,DRE=90%),其結果可獲得較佳的分解去除效率(DRE值=90%)。
以微波功率﹝3﹞方面而言,提高功率代表電漿能量增加,在所有實驗參數中,以微波功率的提升對DRE值得提高影響最為顯著,而降低CF4進氣流量亦可得到較佳之DRE值。
由實驗結果得知,藉由E-H tuner輔以示波器來監控微波入射波與反射波的波形,可改善電漿的穩定性,並求得電漿反應系統最佳之操作條件。
此外,本實驗重新設計了尾氣中和處理裝置﹝4﹞,濾心管中加入過飽和氫氧化鈉溶液及甲基藍指示劑。因為經微波電漿火炬處理後之PFC氣體,可能含有HF﹝6﹞腐蝕性氣體。當HF氣體通入越多,NaOH水溶液和HF酸性氣體中和後指示劑顏色由深藍至淺藍,表示NaOH水溶液由鹼性轉成酸性,應該立刻將尾氣處理裝置濾心管的NaOH和HF中和之水溶液更換,確保儀器和人員安全。
在產物分析初步鑑定方面,則以FTIR﹝6﹞進行CF4氣體經電漿火炬分解後之產物分析,發現CF4經過分解後主要產物為COF2和未分解的CF4,其他產物有HF、F2、CO2、CO等。
In this study, we used our own designing microwave plasma reactor, doing with microwave producer(magnetron and powersupply) and microwave plasma reaction system improved by E-H tuner to proceed the concerning researches about dealing with (Perfluorinated Compounds,PFC) by plasma. Using the CF4 ( in the normal temperature ) as the model gas in the experiment in this research, by modifying the operating parameters ( including : reflection profile stability output、reflection profile size、power size、flowmeter control current capacity、Increase methane ), we discuss the value of the decomposing removing efficiency to CF4 versus microwave plasma reacting systems. After revising every operating parameter to a proper value(1200W,DRE=90%), we can get a better value of DRE is 90% .
In the aspect of the microwave power, raising the power stands for the increasing of the energy of plasma. In all the parameters, the raising of the microwave’s power makes the largest influence on the increasing of DRE value.
Knowing from the result of the experiment, we can improve the stability of the plasma by using E-H tuner and with oscilloscope to control the waveform of the inputwave and the outputwave of the microwaves, and also obtain the best operating conditions of the plasma reacting systems.
Besides, we start over to design the tail gas neutralization treatment device which is column contained the over saturation of NaOH solution and Thymol Blue indicator. Because of that after microwave plasma torch processing PFC gas, possibly includes the caustic gas which like HF (Hydrogen Fluoride).When the HF passes over many, and after HF neutralization for NaOH solution, the indicator color changed from dark blue to light blue. That is meaning the NaOH solution changed from alkalinity to acidity. We should be change the aqueous solution of NaOH and HF neutralization which is in columns of the tail gas neutralization treatment device. It is to insure the security of the devices and the operators.
In the aspect of basic research of byproduct analysis, we used FTIR(Fourier Transform InfraRed) to analyze the byproduct of the CF4 decomposes after the plasma torch. We can found that: after using CF4 to decompose, the main byproducts are COF2 andCF4 which had not decomposed, and the others are HF、F2、CO2、CO etc.
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅶ
圖目錄 Ⅷ
第一章 緒論 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 全氟化物(PFC)之基本特性、來源及應用 4
2.2 全氟化物(PFC)的排放管制和處理方法 7
2.3 電漿簡介 13
2.4 低溫電漿生成原理及分類 16
2.4.1 低溫電漿生成原理 16
2.4.2 電漿分類 18
2.4.2 電漿種類之簡介 21
2.5 電漿系統的選擇、設計及操控之重要條件 29
2.6 微波電漿簡介 29
2.7 實驗用微波電漿反應器之研發歷程 30
2.8 半導體產業製程氣體-CF4氣體 35
第三章 研究設備與實驗方法 38
3.1 研究流程 39
3.2 微波電漿反應器系統架構 41
3.2.1 微波產生系統 44
3.2.2 微波電漿反應器主體 44
3.2.3 微波阻抗匹配調諧器(E-H tuner) 51
3.2.4 真空設備(含抽氣系統) 54
3.2.5 冷卻系統 55
3.2.6 溫度檢知器 57
3.2.7 進氣系統 58
3.2.8 壓力量測系統 59
3.2.9 採樣及分析系統 59
3.2.10 微波波形量測系統 61
3.2.11 微波洩漏測定 62
3.2.12 安全防護 63
3.2.13 耗電量量測 65
3.3 實驗操作步驟流程 66
3.3.1 前置實驗操作步驟流程 66
3.3.2 主實驗操作步驟流程 66
第四章 結果與討論 69
4.1 以微波電漿分解去除四氟化碳 69
4.1.1 四氟化碳(CF4)進流量檢量線 69
4.1.2 分解去除效率(decomposing and removal efficiency, DRE)的計算 72
4.1.3 電源輸出功率對四氟化碳氣體分解去除效率之影響 76
4.1.3.1 通入大流量(LPM)四氟化碳氣體實驗 76
4.1.3.2 通入小流量(sccm)四氟化碳氣體實驗 77
4.1.4 添加甲烷氣體含量對四氟化碳氣體分解去除效率之影響 80
4.1.4.1 製作四氟化碳添加甲烷氣的進流量檢量線 80
4.1.4.2 不同甲烷氣體流量對應不同電源功率對分解去除效率之影響 81
4.1.5 尾氣中和處理 83
4.2 回火現象與最強電漿火焰關係之探討 86
4.2.1 高能量微波的影響 87
4.3 真空隔封之探討 88
4.3.1 teflon材質分析 88
4.3.2 teflon隔封圓盤及隔封方式 88
4.3.3 真空洩漏的問題 90
4.3.4 石英玻璃隔封初步效果和導波天線尖端的尖點改良 93
4.4 積碳問題之探討 98
4.5 反應後中間產物識別鑑定 100
4.6 能量效率的計算 102
4.7 成本效益的分析及評估 108
第五章 結論與未來展望 114
5.1 結論 114
5.2 未來展望 115
5.2.1 真空隔封材質改善 115
5.2.2 光譜分析資料庫建立 116
5.2.3 反應腔體的再改良 116
5.2.4 利用微波理論發展出最適化之微波電漿反應器 117
參考文獻 121
附錄 127
附錄A 六向閥原理圖 127
附錄B 微波產生器控制面板及說明 128
附錄C 相關儀器操作步驟 129
附錄D 實驗過程需要注意的小細節 135
附錄E 四氟化碳之物質安全資料表 141
附錄F 氟化氫之物質安全資料表 146
附錄G 光氣之物質安全資料表 152
附錄H 京都議定書之法則 159
1.韓坤佑,「新式微波電漿反應器之設計及其應用於揮發性有機物處理效率之研究」,國立中興大學化學工程研究所(2002)。
2.張廷安、胡育誠,「不同操作條件對於微波電漿反應器處理揮發性有機物之影響研究」,國立雲林科技大學環境與安全衛生工程系專題研究報告 (2004)。
3.張木彬、李灝銘,「以電漿技術摧毀揮發性有機物之研究」,國立中央大學環境工程研究所,工程科技通訊,第四十一期,pp 105-110 (1999)。
4.張木彬,「電漿處理技術於環境工程之應用與發展趨勢」,電將處理在環境工程之應用技術研習會,民國93年7月13、14日。
5.洪昭南,「電漿殺菌的發展趨勢」,電將處理在環境工程之應用技術研習會,民國93年7月13、14日。
6.陳孝輝,「半導體PFC廢氣處理技術—熱電漿破壞法」,原能會核能研究所,電將處理在環境工程之應用技術研習會,民國93年7月13、14日。
7.謝賢書、陳珠修,「電漿火炬處理有害液體廢棄物之氮氧化合物減量」,長榮學報,第二卷第一期,民國87年6月,pp 91-102。
8.張木彬、游生任、呂榮峰,「以介電質放電技術轉化全氟化物之初步研究」,第十七屆空氣污染控制技術研討會論文集,雲林 (2000年12月)。
9.李灝銘、張木彬、楊士朝,「低溫電漿添加乙烯去除氮氧化物之反應機制探討」,第十七屆空氣污染控制技術研討會論文集,雲林 (2000年12月)。
10.洪敏雄,「化學氣相法沉積鑽石薄膜之研究〔1〕微波電漿法」,國立成功大學礦冶及材料科學研究所,民國81年。
11.游生任,「以介電質放電技術轉化四氟乙烷及六氟乙烷之初步研究」,碩士論文,中央大學環境工程研究所,中壢市(2000)。
12.李灝銘,「以低溫電漿去除揮發性有機物之研究」,博士論文,中央大學環境工程研究所,中壢市(2001)。
13.張木彬、呂榮峰、吳關佑,「BaTiO3填充床電漿反應器破壞CF4之初步研究」,第十八屆空氣污染控制技術研討會,高雄(2001年12月)。
14.李灝銘、張木彬、游生任、呂榮峰,「非熱電漿觸媒程序去除全氟化物」,第19屆觸媒與反應工程研討會論文集,中壢 (2001年6月15日)。
15.呂榮峰、吳關佑、張木彬,「半導體製程之全氟化物控制技術」,國立中央大學環境工程學刊第八期,中壢(2002)。
16.吳關佑,「管線式與填充床式電漿反應器破壞SF6之初步研究」,碩士論文,中央大學環境工程研究所,中壢市(2002)。
17.賴祺仁,「利用非熱電漿技術處理二氯甲烷及酚之初步研究」,碩士論文,中央大學環境工程研究所,中壢市(2003)。
18.李曼君,「以電漿結合觸媒破壞去除NF3之初步研究」,碩士論文,中央大學環境工程研究所,中壢市(2004)。
19.易逸波、張廷安、胡育誠,2004,“不同操作條件對於微波電漿反應器處理揮發性有機物之影響研究以”,中華民國環境工程學會第十六屆年會暨學術研討會論文摘要集,11月18~19日,台南,台灣 (「第二十一屆空氣污染控制技研討會」)。
20.許元和,謝煒龍,「以E-H Tuner改善電漿火炬反應器進行VOCs之反應機制的探討」,國立雲林科技大學環境與安全工程系專題研究報告 (2005)。
21.易逸波、徐位宏、張合佑、許元和、謝煒龍,2005,“以阻抗匹配調諧器改善電漿火炬反應器進行VOC處理之探討”,中華民國環境工程學會第十七屆年會暨學術研討會論文摘要集,11月18~19日,中壢,台灣 (「第二十二屆空氣污染控制技研討會」)。(已接受)
22.易逸波,徐位宏,許元和,謝煒龍,蔣至剛,吳崇維,2005,“觸媒整合式微波電漿火炬系統之反應機制探討及其在半導體製程廢氣處理上之應用”,行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告(NSC 93-2214-E-224-007-)。(已結案)
23.吳崇維,蔣至剛,「以微波電漿反應器對半導體製程中CF4尾氣處理情形之探討」,國立雲林科技大學環境與安全工程系專題研究報告 (2006)。
24.Vercammen, K.L.L., Berezin, A.A., Lox, F. and Chang, J.S., “Non-Thermal Plasma Techniques for the Reduction of Volatile Organic Compounds in Air Streams” A Critical Review. J. Adv. Oxid. Technol., pp. 312-329 (1997).
25.Chang, J.S., Yamamoto, T., Kohno, H., Tamura, M., Honda, S., Shibuya, A., ”Removal of Xylene, Trichloroethylene and Their Mixtures from Air Stream by a Pulsed Corona Discharge Induced Plasma Reactor”, J. Adv. Oxid. Technol. Vol. 2, No. 2, pp. 346-352 (1997).
26.Chang, J.S., Looy, P.C., Arquilla, M., “Ozone and the Other Gaseous By-products Generated from Dry Air by the Trench Type Barrier Discharge Plasma Reactor” J. Adv. Oxid. Technol. Vol. 2, No. 2, pp. 274-277(1997).
27.Hsiao, M.C., Penetrante, B.M., Merritt, B.T., Vogtlin, G.E., Wallman, P.H., “Reduction of NO2 in N2 by Non-Thermal Plasma” J. Adv. Oxid. Technol. Vol. 2, No. 2, pp. 283-285(1997).
28.Arthur Israel Vogel., Brian S. Furniss., Vogel''s Textbook of Practical Organic Chemistry (4th ed.)., February 9, p. 1398 (1996).
29.T. C. Wei, and Y. S. Fang, “Abatement of CF4, C2F6, and CHF3 in Microwave Generated Surface Wave Plasmas.” IEEE International Conference on Plasma Science, pp 312, (Banff, Canada, 2002).
30.T. C. Wei, and S. W. Yang, “Plasma Modification of TPX Membrane for Oxygen/Nitrogen Separation.” Proc. Second Membrane Science & Technology Conference, pp 65-68, (Chungli, Taiwan, 2002).
31.H. M. Lee and M. B. Chang, “Gas-Phase Removal of Acetaldehyde via Packed-Bed Dielectric Barrier Discharge Reactor,” Plasma Chemistry and Plasma Processing, Vol. 21, No. 3, pp. 329-343 (2001).
32.S. J. Yu and M. B. Chang, “Oxidative Conversion of PFC via Plasma Processing with Dielectric Barrier Discharges,” Plasma Chemistry and Plasma Processing, Vol. 21, No. 3, pp. 311-327 (2001).
33.M. B. Chang and S. J. Yu, “An Atmospheric-Pressure Plasma Process for C2F6 Removal,” Environmental Science & Technology, Vol. 35, No. 8, pp. 1587-1592 (2001).
34.Yet-Pole I, Wei-Hung Hsu, Yuan-Ho Hsu, and Wei-Lung Shie, 2005, “The Application of E-H Tuner for Improving the Stability and the Performance of a Plasma Torch Reactor”, The 4th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology, APSPT-4, Dec. 12-14, Touliu, Taiwan (Accepted).
35.Yet-Pole I, Wei-Hung Hsu, Ho-You Chang, Jr-Gang Jiang, and Chung-Wei Wu, 2005, “Developing a Plasma Reactor and Its Applications on PFC Decomposition and Removing”, The 4th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology, APSPT-4, Dec. 12-14, Touliu, Taiwan (Accepted).
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top