フッ素系および塩素系特殊ガスの化学反応による無害化処理技術の開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555285
• 研究機関: 関西大学
• 研究代表者: 芝田 隼次 関西大学, 工学部, 教授 (70067742)
• 研究分担者: 若松 貴英 名城大学, 都市情報学部, 教授 (50025897) ; 村山 憲弘 関西大学, 工学部, 助手 (90340653) ; 山本 秀樹 関西大学, 工学部, 助教授 (30174808)
• キーワード: フッ素系特殊ガス / 無害化処理 / 温暖化ガス / 4フッ化炭素 / 金属塩化物 / 化学反応 / 乾式処理 / フッ化カルシウム

研究概要

本研究では、地球温暖化係数の高い特殊材料ガスの新たな無害化処理方法として、化学反応による無害化処理技術についての研究を行った。フッ素系および塩素系特殊材料ガスと金属化合物との無害化反応のための熱力学的計算および反応装置の試作により、反応の進行の可能性の検討および反応剤の選択を行った。実験は、試作した反応装置により、塩素系特殊材料ガスである三塩化ホウ素(BCl_3)およびフツ素系特殊材料ガスである4フッ化炭素(CF_4)と金属化合物とを化学反応させ、得られた反応生成物に対して定性分析を行うことにより、反応性の確認、定量分析および反応率の測定を行った。
塩素系特殊材料ガスであるBCl_3は反応剤にCaOを用いた場合、約500〜550℃で目的の化学反応が起こり、固体基準の反応率は約80%であった。一方、CaOを500℃に保持した状態でBCl_3と接触させた場合の反応率は約30〜40%と低い値であった。フッ素系特殊材料ガスであるCF_4は、反応剤にAlCl_3を用いて処理を行うことを検討した。実験の結果、特殊ガス中のF成分をAlF_3として固定化し、無害な物質への変換が可能であった。この化学反応は、約200℃の反応温度でほぼ完全に行われた。AlCl_3をあらかじめ昇温させておいてCF_4と接触させた場合では、約300〜400℃の低温でも約60〜80%の処理が可能であった。提案する方法は高温燃焼処理法と比較して、低いエネルギーで低温で分解処理することが可能であった。
本研究の結果より、フッ素系特殊材料ガスの処理を行った後、塩素系特殊材料ガスの処理を行うことにより、半導体製造工程から生じる排気ガス中の有害成分であるF、Cl成分の同時処理を行うことができた。
提案する処理方法は、従来吸収法や燃焼法により処理されてきた特殊材料ガスの無害化処理に利用することが可能であった。この方法の特徴は、2次処理が全く不要であり、処理に必要とするエネルギーの低減化が可能である。塩素成分を含む有害物質であるダイオキシンや化学的に安定であるため処理方法が難しいとされるフロンガスへの応用も可能であると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] Hideki Yamamoto, Junji Shibata: "Disposal of Waste Fluoride and Chloride Gases in the Manufacturing Process of Semiconductors"Proceedings of Second International Conference on Material Processing for Properties (PMP2000). Vol.1. 685-688 (2000)
• [文献書誌] 芝田隼次, 山本秀樹: "半導体製造用特殊材料ガスの無害化処理技術の開発"エコインダストリー. 3巻. 26-33 (2001)
• [文献書誌] 芝田隼次, 山本秀樹: "フッ素系・塩素系特殊ガスの無害化技術"化学装置. 43巻,7号. 49-55 (2001)
• [文献書誌] 山本秀樹, 八橋拓也, 櫛田明広, 村山憲弘, 芝田隼次: "半導体製造工程から排出される特殊材料ガスの無害化処理"THERMOPHYSICAL PROPERTIES. 22. 64-66 (2001)
• [文献書誌] Hideki Yamamoto, Takahiro Kawahara, Junji Shibata: "Treatment of Waste Dry Etching Gas in Semiconductors Manufacturing Process"The 6th international Symposium on East Asian Resources Recycling Technology. Vol.1. 711-714 (2001)