一种电子级吡唑水溶液及其制备方法

文档序号：792277 发布日期：2021-04-13 浏览：39次 >En<

阅读说明：本技术 一种电子级吡唑水溶液及其制备方法 (Electronic grade pyrazole aqueous solution and preparation method thereof ) 是由胡硕真张新胜金家昱王坦郭江楠程芸芸高思捷于 2020-08-08 设计创作，主要内容包括：本发明是一种电子级吡唑水溶液及其制备方法。该吡唑水溶液中Na～+、Mg～(2+)、K～+、Ca～(2+)、Cu～(2+)、Zn～(2+)、Ni～(2+)、Cr～(3+),Al～(3+)、Fe～(3+)等金属离子含量低于50 ppb,吡唑含量≥10%。本方法通过离子膜电解和离子交换树脂的组合工艺达到对吡唑水溶液的提纯,其中离子膜电解槽中加入离子交换树脂用以增强溶液的导电性和辅助脱除金属离子。阳极室吡唑原液中的一部分金属离子在电场力作用下由阳极室迁移到阴极室,还有一部分离子被电解槽内离子树脂吸附,最终在阳极室得到电子级吡唑水溶液。该电子级吡唑水溶液可用于超大规模集成电路或屏幕显示器等微电子工业所用化学清洗液的溶剂。(The invention relates to an electronic-grade pyrazole aqueous solution and a preparation method thereof. Na in the aqueous pyrazole solution + 、Mg 2+ 、K + 、Ca 2+ 、Cu 2+ 、Zn 2+ 、Ni 2+ 、Cr 3+ ，Al 3+ 、Fe 3+ The content of the plasma metal ions is lower than 50 ppb, and the content of the pyrazole is more than or equal to 10 percent. The method achieves the purification of the pyrazole aqueous solution by the combined process of ion membrane electrolysis and ion exchange resin, wherein the ion exchange resin is added into an ion membrane electrolysis cell to enhance the conductivity of the solution and assist in removing metal ions. A part of metal ions in the pyrazole stock solution in the anode chamber are transferred from the anode chamber to the cathode chamber under the action of electric field force, and a part of ions are electrifiedAnd adsorbing by using ion resin in the electrolytic bath, and finally obtaining the electronic grade pyrazole aqueous solution in the anode chamber. The electronic grade pyrazole aqueous solution can be used as a solvent of chemical cleaning solution for microelectronic industries such as ultra-large scale integrated circuits or screen displays.)

一种电子级吡唑水溶液及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子级试剂的制备领域，具体涉及一种电子级吡唑水溶液及其制备方法。

背景技术

在吡唑是一种无色或白色针状或棱柱体结晶有机环状化合物，常用作含卤素溶剂、润滑油的稳定剂、螯合剂或有机合成中间体，在医药、农药的研究开发中占有十分重要的地位。

电子级的吡唑水溶液是一种超净高纯试剂，由于其具有较强的螯合金属离子作用，可作为清洗剂用于微电子行业如集成电路及电子元件加工领域中硅片清洗、基片湿法清洗等。超净高纯试剂的关键在于控制其所含的金属离子的多少和试剂中尘埃颗粒的含量，对于线宽较小的集成电路，几个金属离子或灰尘就足以报废整个电路。而当前市售吡唑中的金属离子含量较高无法满足硅片清洗行业的要求，且国内外提纯制备工艺研究较少。因此，开发一种能够降低吡唑水溶液中的金属杂质离子含量的技术并制备出电子级吡唑水溶液至关重要。

发明内容

为了制备电子级吡唑水溶液，本发明给出了离子膜电解与阳离子交换树脂相结合的方式，低成本制备电子级吡唑水溶液。具体实施方案如下：

一种电子级吡唑水溶液制备装置，其特征是，该装置由超纯电解槽（1）、阳极液储罐（2）、阳极液循环泵（3）、阴极液储罐（4）、阴极液循环泵（5）组成；

所述的超纯电解槽（1）中包括阳极室（6）、阳极板（7）、阴极室（8）、阴极板（9）、阳离子交换膜（10）和超纯电解槽夹具（19）；

所述的阳极室（6）与阴极室（8）通过阳离子交换膜（10）隔开；

所述的阳极室（6）和阴极室（8）中分别装有阳离子型交换树脂（11）；

所述的阳极液储罐（2）和阴极液储罐（4）结构为夹套式，夹套内为保温用的流动热水；

所述的阳极液储罐（2）和阴极液储罐（4）的内衬、阳极室（6）和阴极室（8）的板框材质、阳极液循环泵（3）和阴极液循环泵（5）、以及所用管线、管件和阀门的材料均为纯度为99.9%~99.999%的含氟材料，如PTFE或PFA或PVDF；

所述的阳极室（6）的底部设有阳极室吡唑水溶液进口（12），顶部设有阳极室吡唑水溶液出口（13）；

所述的阴极室（8）的底部设有阴极室吡唑水溶液进口（14），顶部设有阴极室吡唑水溶液出口（15）；

所述的阳极室吡唑水溶液进口（12）、阳极室吡唑水溶液出口（13）、阴极室吡唑水溶液进口（14）和阴极室吡唑水溶液出口（15）均设有过滤网（16）；

所述的阳极液储罐（2）的溶液出口经管路通过阳极液循环泵（3）与阳极室吡唑水溶液进口（12）相连，阳极室吡唑水溶液出口（13）与阳极液储罐（2）溶液进口相连；所述的阴极液储罐（4）的溶液出口经管路通过阴极液循环泵（5）与阴极室吡唑水溶液进口（14）相连，阴极室吡唑水溶液出口（15）与阴极液储罐（4）溶液进口相连；

所述的阴极板（9）为纯度为99.9%~99.999%的钛电极、铂电极或钛铱合金电极，阳极板（7）为纯度为99.9%~99.999%的铂电极或钛电极；阴极板（9）与阳极板（7）之间的距离为0.5～3.0 cm。

所述的阳离子型交换树脂（11）的材质为耐酸、碱腐蚀、耐高温的001*7型树脂或2800H型树脂或1500H型树脂，粒度为（0.315-1.25 mm）≥ 95%，或（0.45-1.25 mm）≥ 95% ，或（0.71-1.25 mm）≥ 95%，湿堆密度为650～850 kg/m³；

所述的阳离子型交换树脂（11）在阴极室（8）中装填密度为其湿堆密度的70～95%，在阳极室（6）中装填密度为其湿堆密度的80～97%。

所述的一种电子级吡唑水溶液制备装置制备电子级吡唑水溶液的方法，包括以下步骤：

A. 向阳极室（6）和阴极室（8）中分别加入规定量的阳离子型交换树脂（11），向阳极液储罐（2）和阴极液储罐（4）中分别加入洗涤用超纯盐酸水溶液，开启阳极液循环泵（3）和阴极液循环泵（5），对超纯电解槽（1）中的各部件和阳离子型交换树脂（11）进行循环洗涤，随后用超纯水清洗6~10次直至清洗液为中性且其中各金属离子含量低于5 ppb；

B. 将浓度为10%～30%的吡唑水溶液原料同时加入到阳极液储罐（2）和阴极液储罐（4）中，分别开启阳极液循环泵（3）和阴极液循环泵（5），待到整个装置内吡唑水溶液循环流动起来达到特定温度后，接通阴、阳两极板之间的电源，开始电解；

C. 经过持续不断泵送循环，阳极室（6）和阳极液储罐（2）内的吡唑溶液中的金属离子不断减少，最终得到电子级吡唑水溶液，然后将阳极室（6）和阳极液储罐（2）中的吡唑水溶液通过产品出口（17）泵送至产品储罐，得到质量浓度10～30%的电子级吡唑水溶液产品；同时，将阴极室（8）和阴极液储罐（4）中的吡唑水溶液通过出口（18）泵出，可作为工业化学品销售；

D．将阳极室（6）和阴极室（8）中加入超纯盐酸水溶液，浸泡5 ~ 8小时，用于对其中的阳离子型树脂（11）进行再生，然后采用超纯水对电子级吡唑水溶液制备装置进行充分的洗涤，达到步骤A的要求后转入操作步骤B。

所述的步骤B中吡唑水溶液原料为工业级吡唑产品、或者医药级吡唑产品经加水溶解后得到所需浓度的吡唑水溶液。

所述的步骤B中阴、阳两极板电压为15～50 V，经过阳极液循环泵（3）和阴极液循环泵（5）的泵送，阳极室（6）和阴极室（8）中溶液的流速为0.5～2.0 m/min。

所述的步骤B的电解温度为25～50 ℃。

所述的步骤C得到的电子级吡唑水溶液产品中各种金属离子含量均低于50 ppb，吡唑的质量百分含量≥10%。

所述的步骤A和D中超纯盐酸水溶液纯度为99.9% ~ 99.999%，浓度为10% ~ 30%。

本发明给出的离子膜电解与阳离子交换树脂相结合的方法制备电子级吡唑水溶液，与现有技术相比，具有以下突出的效果和优点：

（1）在溶液循环和电解过程中，阳极室内溶液中的一部分金属离子在电场力的驱动下由阳极室通过中间的阳离子交换膜（9）迁移到阴极室，另一部分金属离子会与阳离子型树脂（11）上的氢离子进行交换而吸附于阳离子型树脂（11）上；在离子膜电解法的电解电场驱动与阳离子交换树脂的吸附作用的共同作用下，使得吡唑水溶液中的金属离子浓度大大降低。

（2）在电解槽中加入阳离子交换树脂，依靠阳离子交换树脂的导电性，使得原本不导电的吡唑水溶液的导电性大大增加，从而使得电解槽的效率明显提高。

（3）本方法给出的工艺操作简单，成本低廉。

附图说明

图1为板框式离子膜电解循环装置示意图

图2为板框式电解槽内部示意图；

图中各部分说明：

1—超纯电解槽，2—阳极液储罐，3—阳极液循环泵，4—阴极液储罐，5—阴极液循环泵，6—阳极室，7—阳极板，8—阴极室，9—阴极板，10—阳离子交换膜，11—阳离子交换树脂，12—阳极室吡唑水溶液进口，13—阳极室吡唑水溶液出口，14—阴极室吡唑水溶液进口，15—阴极室吡唑水溶液出口，16—过滤网，17—阳极液储罐产品出口，18—阴极液储罐出口，19—超纯电解槽夹具

具体实施方式

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例 1

所用的超纯电解槽（1）中阴极板（9）为钛电极（纯度99.99%），阳极板（7）为铂电极（纯度99.99%）；阴极板（9）与阳极板（7）之间的距离为0.8 cm。阳极室（6）和阴极室（8）中所用的阳离子型交换树脂（11）为001*7型阳离子型交换树脂，其粒度范围为粒度为（0.315～1.25mm）≥95%，湿堆密度为800 kg/m³，阴极室（8）中装填密度为其湿堆密度的80%，在阳极室（6）中装填密度为其湿堆密度的85%。所用的吡唑水溶液原料为工业级吡唑产品经加水溶解，得到质量浓度为10%的吡唑水溶液。

首先向阳极室（6）和阴极室（8）中分别加入规定量的001*7型阳离子型交换树脂（11），向阳极液储罐（2）和阴极液储罐（4）中分别加入洗涤用超纯盐酸（纯度99.9%，浓度10%）。开启阳极液循环泵（3）和阴极液循环泵（5），对超纯电解槽（1）中的各部件和阳离子型交换树脂（11）进行循环洗涤，随后用超纯水清洗，使其达到净化要求。

将浓度为10%的吡唑水溶液原料同时加入到阳极液储罐（2）和阴极液储罐（4）中，分别开启阳极液循环泵（3）和阴极液循环泵（5），使阳极室（6）和阴极室（8）中溶液的流速分别为1.0 m/min。调节阳极液储罐（2）和阳极液储罐（4）的夹套加热介质的进料量，使得超纯电解槽（1）的温度保持在25 ℃。待到整个装置内吡唑水溶液循环流动并达到恒温后，接通阴、阳两极板之间的电源，控制电压为20 V。经过持续不断泵送循环，阳极室（6）和阳极液储罐（2）内的吡唑溶液中的金属离子不断减少，反应结束后将阳极室（6）和阳极液储罐（2）中的吡唑溶液泵送至产品储罐，得到质量浓度10%的电子级吡唑水溶液产品，具体各金属离子含量见表1。