一种用于半导体清洗的高纯度异丙醇吸附脱水与杂质剥离精制方法与流程

本发明涉及醇类化合物分离纯化，更具体地说，它涉及一种用于半导体清洗的高纯度异丙醇吸附脱水与杂质剥离精制方法。

背景技术：

1、异丙醇常用于半导体晶圆清洗、干燥和表面处理，其水分、硼杂质、金属杂质和有机羰基杂质含量会影响晶圆表面的洁净度和后续工艺稳定性。用于半导体清洗的异丙醇通常需要经过脱水、吸附、精馏或过滤等处理，以降低其中的水分和痕量杂质。

2、现有异丙醇精制方法多采用分子筛脱水、吸附剂除杂和精馏分离相结合的方式。该类方法对游离水和部分极性有机杂质具有一定去除效果，但对于近无水异丙醇中的硼酸酯类杂质以及二丙酮醇-金属络合态杂质，去除效果容易受限。

3、该类杂质在异丙醇主体液相中迁移性较强，且在低水分环境下不易发生形态转化，导致单纯脱水或常规吸附难以稳定降低其含量。

4、若直接向异丙醇主体液相中引入水分以促进硼酸酯类杂质或络合态金属杂质转化，又会显著增加后续脱水负荷，使成品异丙醇水分难以稳定维持在半导体清洗要求范围内。

5、因此，现有技术中存在的问题在于如何在异丙醇主体液相保持低水分的条件下，促进硼酸酯类杂质和络合态金属杂质发生剥离或固定，并在后续处理后获得低水分、高洁净度的异丙醇。

技术实现思路

1、为实现解决背景技术中所提出的问题，本发明提供了如下技术方案：

2、一种用于半导体清洗的高纯度异丙醇吸附脱水与杂质剥离精制方法，包括如下步骤：

3、s1、将待精制异丙醇通入预脱水段，得到体相水分不高于500ppm的预脱水异丙醇；

4、s2、将预脱水异丙醇通入限域水活度剥离段，限域水活度剥离段内填充有限域水活度吸附剂；

5、限域水活度吸附剂包括硼捕获颗粒和金属捕获颗粒，硼捕获颗粒和金属捕获颗粒均以介孔二氧化硅作为无机骨架，硼捕获颗粒的孔道表面共价接枝有邻二醇基，金属捕获颗粒的孔道表面共价接枝有亚胺二乙酸基；

6、硼捕获颗粒和金属捕获颗粒混合后置于高纯氮气气氛中平衡，使微量水进入介孔孔道，并与孔壁羟基、邻二醇基和亚胺二乙酸基形成孔道束缚水；

7、限域水活度吸附剂具有2nm～10nm的介孔孔道，限域水活度吸附剂的孔内水填充率θw为5%～45%，孔内水填充率θw为孔道内束缚水体积vw与吸附剂总孔容vp的比值；

8、其中，以干燥至恒重的复合吸附剂作为基准，测定调水后吸附剂的质量增加量，并将质量增加量按照水的密度折算为孔道内束缚水体积vw；

9、限域水活度吸附剂在25℃下密闭平衡测得的平衡水活度aw为0.15～0.65；

10、预脱水异丙醇通过限域水活度剥离段后，体相水分增加量δw不高于100ppm；

11、预脱水异丙醇通过限域水活度剥离段时，硼酸酯类杂质和络合态金属杂质在限域水活度吸附剂的孔道界面发生剥离或配位转化，并形成界面滞留杂质；

12、s3、将经过限域水活度剥离段处理后的异丙醇通入末端脱水抛光段，使异丙醇水分降低至不高于10ppm，得到高纯度异丙醇。

13、进一步的，步骤s1中，预脱水异丙醇的体相水分为10ppm～500ppm；

14、步骤s2中，预脱水异丙醇通过限域水活度剥离段后的体相水分增加量δw为5ppm～100ppm；

15、步骤s3中，末端脱水抛光段处理后的异丙醇水分不高于5ppm。

16、进一步的，硼捕获颗粒的制备包括：在介孔二氧化硅的介孔孔道表面接枝3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，再使n-甲基-d-葡胺中的氨基与介孔孔道表面的环氧基发生开环反应，得到介孔孔道表面共价接枝有邻二醇基的硼捕获颗粒；

17、金属捕获颗粒的制备包括：在介孔二氧化硅的介孔孔道表面接枝3-氨丙基三乙氧基硅烷，再与氯乙酸钠进行羧甲基化反应，得到介孔孔道表面共价接枝有亚胺二乙酸基的金属捕获颗粒；

18、硼捕获颗粒和金属捕获颗粒按照质量比7:3混合。

19、进一步的，限域水活度剥离段包括沿异丙醇流动方向依次设置的界面转化区、杂质固定区和水释放缓冲区；

20、界面转化区的平衡水活度aw为0.35～0.65；

21、杂质固定区的平衡水活度aw为0.20～0.45；

22、水释放缓冲区的平衡水活度aw为0.15～0.30；

23、异丙醇依次通过界面转化区、杂质固定区和水释放缓冲区，使硼酸酯类杂质和络合态金属杂质先发生界面剥离或配位转化，再被杂质捕获基团固定，并降低孔道束缚水向异丙醇体相释放的量。

24、进一步的，以硼降低比例、金属降低比例和水分增加比例确定限域水活度剥离段的剥离效率值e；

25、剥离效率值e满足如下关系：

26、e=a·δb/bin+b·δm/min-c·δw/wlim；

27、其中，δb为限域水活度剥离段前后硼含量降低量，bin为进入限域水活度剥离段前的硼含量，δm为限域水活度剥离段前后金属含量降低量，min为进入限域水活度剥离段前的金属含量，δw为限域水活度剥离段前后体相水分增加量，wlim为进入末端脱水抛光段允许的水分限值；

28、a为硼控制系数，取值为1.0～1.5；

29、b为金属控制系数，取值为0.8～1.2；

30、c为水释放惩罚系数，取值为0.6～1.0；

31、当剥离效率值e低于设定效率阈值时，切换限域水活度剥离段或对限域水活度剥离段进行再生。

32、进一步的，向待再生的限域水活度剥离段通入温度为20℃的高纯异丙醇，流速为0.5bv/h，通入量为3bv；

33、置换结束后，向限域水活度剥离段通入干燥氮气，干燥氮气的露点低于-60℃，吹扫温度为50℃，吹扫时间为4h；

34、干燥氮气吹扫结束后，向限域水活度剥离段通入温度为25℃、相对湿度为30%的高纯氮气，处理时间为3h；

35、再向限域水活度剥离段通入水分为4.5ppm的超干异丙醇，流速为0.4bv/h，直至吸附柱出口异丙醇相对于入口异丙醇的水分增加量连续3次低于30ppm。

36、综上，本发明具有以下有益效果：

37、本发明通过预脱水段、限域水活度剥离段和末端脱水抛光段的配合，使得硼酸酯类杂质和络合态金属杂质在异丙醇主体液相水分受控的条件下被剥离和固定，解决了常规脱水难以去除难剥离杂质以及体相加水处理导致成品水分不稳定的问题，从而达到兼顾低水分控制和痕量杂质去除的效果。

1.一种用于半导体清洗的高纯度异丙醇吸附脱水与杂质剥离精制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1的一种用于半导体清洗的高纯度异丙醇吸附脱水与杂质剥离精制方法，其特征在于，步骤s1中，预脱水异丙醇的体相水分为10ppm～500ppm；

3.根据权利要求1的一种用于半导体清洗的高纯度异丙醇吸附脱水与杂质剥离精制方法，其特征在于，硼捕获颗粒的制备包括：在介孔二氧化硅的介孔孔道表面接枝3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，再使n-甲基-d-葡胺中的氨基与介孔孔道表面的环氧基发生开环反应，得到介孔孔道表面共价接枝有邻二醇基的硼捕获颗粒；

4.根据权利要求1的一种用于半导体清洗的高纯度异丙醇吸附脱水与杂质剥离精制方法，其特征在于，限域水活度剥离段包括沿异丙醇流动方向依次设置的界面转化区、杂质固定区和水释放缓冲区；

5.根据权利要求1的一种用于半导体清洗的高纯度异丙醇吸附脱水与杂质剥离精制方法，其特征在于，以硼降低比例、金属降低比例和水分增加比例确定限域水活度剥离段的剥离效率值e；

6.根据权利要求1的一种用于半导体清洗的高纯度异丙醇吸附脱水与杂质剥离精制方法，其特征在于，向待再生的限域水活度剥离段通入温度为20℃的高纯异丙醇，流速为0.5bv/h，通入量为3bv；