觸媒技術具有處理效率高、反應溫度低、能源消耗低及無二次污染物生成的優點，是一種環境友好的氣體淨化技術。在半導體及光電廠之廠區氣體處理，不論是關乎整廠所需之空氣淨化處理或製程尾氣處理，在在都可以看到觸媒相關技術的身影，是目前廣泛應用的技術之一。本文介紹高科技廠常見有關氣態分子污染物、全氟化合物及低閾值異味氣體的問題，及可應用之相關觸媒技術。
氣體處理在高科技廠區包括FPD 及半導體廠皆是相當重要的一環，廠區所處理的氣體可概分為三類：第一類為外氣處理，主要處理維持廠房正壓及充足換氣所需外氣，要去除粒狀及氣狀污染物，處理風量最大。第二類為廠區潔淨室氣體處理，主要維持潔淨室的潔淨度，處理風量較小。第三類為製程設備所造成的廢氣，包括有機、無機、酸鹼性及有害性氣體等。其中第一類及第二類之處理技術主要以濾網方式進行處理，包括物理性及化學性濾網，而第三類氣體則較為複雜，需要以較劇烈的方式進行處理，包括酸鹼反應、氧化反應及置換反應等。這些處理技術將會使用到相當多的處理設備及耗材，而其主要技術中心為觸媒相關技術，包括物理吸附、化學吸附、高溫置換分解及室溫置換再生等技術。
空調氣體污染物來源、規範及其處理方式
首先介紹維繫廠區空氣品質最重要的化學濾網，隨著半導體晶圓技術從0.18 微米逐漸推進到90、65 奈米，相對應無塵室作業環境的品質要求愈來愈高。根據ISO14644-1 以微粒污染控制作為分類標準，可以發現在Class 3 等級時，主要針對0.5 微米以下之微粒數目進行控制，常使用之設備為高效能過濾器(High Efficiency Particulate Air; HEPA)可將大於0.3 微米之微粒去除99.999% 以上， 如使用更高級之過濾器(Ultra Low Penetration Air, ULPA)則對大於0.12 微米之微粒具有99.9995% 以上之過濾效率。
雖然一般機械作用之濾網對於所謂的粗微粒具有良好之過濾效果，但是酸性及鹼性氣體分子卻可形成更微小的結核粒子(Nuclei Particle)，粒徑小於0.1 微米，也就是100 奈米。對於這些氣體分子污染物常需使用化學過濾材料將其去除，表一列出國內無塵室環境中之酸鹼氣體及其濃度。一般而言，無論是FPD 或半導體業，在表一這些污染物中以氨氣的問題較為嚴重，而酸的污染物中大部分以外氣進入之SO2影響較大。無塵室內的空氣來源，主要為廠內的循環空氣和部分外氣的補充。外氣中的污染物來源包括汽機車廢氣、其他工廠的排放、農業、畜牧業甚至廚房油煙；而廠內的循環空氣中更含有多種製程逸散的污染物（表二）。
表一、常見於國內無塵室環境中之酸鹼性氣體
常見異味氣體及處理技術
最後介紹目前逐漸受到重視的廠區內外異味氣體處理，這些異味氣體有些是由自身工廠所排放，有些則是受鄰近廠區氣體飄散影響。例如醋酸及二甲基硫(Dimethyl Sulfide; DMS)，醋酸亦是常用的溶劑，其酸排系統經過三段洗滌後的氣體中仍含有2ppm 左右的醋酸，而醋酸的臭味閾值約10ppb ，所以當含有2ppm 的醋酸廢氣排放到大氣中周界下風處2 公里外仍可聞到醋酸的臭味。TFT-LCD 廠所使用去光阻劑中的二甲基亞(Dimethylsulfoide; DMSO)，雖然它是一種水溶性而且揮發性極低的液體，但在廢水處理過程中，它極容易轉換成惡臭的二甲基硫與二甲基二硫(Dimethyl Disulfide; DMDS)氣態污染物，易引起異味的抱怨。
在TFT-LCD 光電製造業面板製程中，去光阻程序(Stripping Process)所使用之去光阻剝離液(Stripper)主要成分為高沸點且幾乎全溶於水的有機化合物，包括單乙醇胺(MEA)、二甲基亞(DMSO)以及乙二醇單丁醚(BDG)等。在去光阻製程中，去光阻劑中的二甲基亞雖然是一種高沸點、水溶性及揮發性低的液體，但在後續處理過程中，極容易形成惡臭的二甲基硫、硫化氫(Hydrogen-Sulfide)、甲硫醇(Methanethiol)、二硫化碳(Carbon Disulfide)和二甲基二硫等五種硫化物的氣態污染物。然而，以傳統冷凝法及吸收法，並無法完全去除低沸點及低溶解性的二甲基硫與二甲基二硫等五種硫化物，而且在低濃度下即會產生惡臭，極易影響廠房周圍生活環境而引發民眾抗議，同時也影響到廠房周圍其他高科技廠高階製程之產品良率。
另外，由於現行廠區之化學濾網無法攔截處理DMS 等硫化物，導致DMS 等硫化物 隨空調系統進入無塵室中，使硫化氫偵測器誤發警報，造成現場人員無法判斷是否要停機以減少損失。DMS 其閾值小於50ppb（稱為低閾值惡臭物質），在現有的化學濾網對於此種化學物質的處理效率均偏低，若結合觸媒技術與乾式氣體氧化技術，可有效地去除低濃度之DMS 等硫化物，解決TFT-LCD 廠排放臭味之困擾。
工研院材化所工業觸媒技術在業界之應用範例
工研院材化所多年來發展工業觸媒，累積豐富觸媒技術及人才，並將其應用於氣體淨化已行之多年，如機動車輛排氣的觸媒轉化器與工廠VOC 氣體的觸媒焚化等。工研院材化所具有多項觸媒淨化技術可應用於不同區域之氣體淨化，例如：
1. 低溫氧化活性之奈米觸媒負載技術
可應用於低濃度異味氣體去除，目前已使用於部分科學園區之廢水廠（主要是FPD 廢水）及中部某大FPD 廠之異味氣體去除。利用奈米觸媒特有的催化特性，小晶粒觸媒載體粒徑小、孔道短、晶內擴散阻力小、暴露在外的原子多（高30%）、含有眾多的晶間隙（二次孔洞）及具有較強的吸附能力，對於大分子或液相反應有利。反應物與產物能於多孔性觸媒載體孔洞快速擴散，減少阻塞或積碳，而降低觸媒的失活速率，延長觸媒壽命。
2. 中孔洞特性之吸附/ 催化基材合成技術
可應用於化學濾網，進行空調氣體淨化，目前已在多家高科技廠進行廠測。利用中孔洞的高表面積與孔洞特性，提高含硫化合物的吸附去除效率，由於孔容積和孔隙率均提高，預估可增加三成的吸附量，且因晶間空隙增大可吸附較大分子，總體觸媒效率可提升30% 以上。
4. 觸媒再生技術
利用物理或化學原理將已失活之觸媒或化學吸附劑進行再生處理，部分再生商品之效能可達原樣之90% 以上，可大幅降低原料成本，增加商品競爭力。經實驗室驗證可再生10 次以上，效率仍可維持90% 以上。
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作者：黃建良 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌269期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=7734