[发明专利]用于减少和提纯电子气体以及从烃流中除去汞的多孔聚合物

说明书

一种包括金属有机架构MOF和多孔有机聚合物POP的多孔材料，其具有与(a)电子气体的反应性或对其的吸附亲和性，从而基本上除去或减少含有电子气体的流出物中的电子气体；或具有与电子气体流中的(b)污染物的反应性或对其的吸附亲和性，从而基本上从电子气体流中除去所述污染物且增大所述电子气体的纯度；或具有与烃流中的(c)痕量汞污染物的反应性或对其的吸附亲和性，从而基本上除去所述汞污染物以及增大所述烃流的纯度。MOF是金属离子与多齿有机配位体的配位产物，而POP是有机单体之间的聚合产物。

相关申请的交叉参照

本申请主张2014年12月4日提交的美国临时申请第62/087,395号的优先权，前述申请的整个内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及包括金属有机架构和多孔有机聚合物的多孔聚合物，其用于(a)减少和提纯电子气体以及(b)从烃流中除去汞。

背景技术

气流提纯是多种工艺(包括烃气体生产和半导体制造)的关键部分。

特定地说，对于天然气，已知低量的非所期望汞组分自然地存在于地质烃源中。烃可包括烷烃(诸如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷等)、烯烃和炔烃。烷烃、烯烃和炔烃可以是直链、分支链或环状。天然气加工厂中的铝类设备暴露至大容积的痕量汞导致累积汞齐化形成，此可导致腐蚀性开裂和设备故障。还存在对排放有害汞污染物的环境和健康担忧，以及法规要求从燃料等级的气体完全除去汞化合物。

从烃流除去痕量汞的现用方法涉及汞与化学制品反应，所述化学制品通常负载于多孔材料上，如活性碳、氧化铝、二氧化硅和沸石。在半导体制造中，用于制造固态装置(诸如晶体管、二极管、发光二极管、激光、太阳能电池和电容器)的电子气体纯度至关重要。如本文所使用，“电子气体”是用于固态器件中的半导体(例如IV族、III族至V族、II族至VI族)、绝缘体(例如氧化硅、氮化硅)和导体(例如钨)的掺杂(例如离子植入、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD))或层沉积的源气体。应理解，痕量电子气体污染物可对半导体器件的质量具有显著不利影响。这些污染物通常是包括酸、氨气、胺、醇、二氧化碳、一氧化碳、烃、氢气、硫化氢、氮氧化物、氧气、硅氧烷、二氧化硫、硫氧化物和水的气态化合物。特定地说，关注的是大力提纯半导体制造中所用的氢化物气体，如氨气、胂、磷化氢、二硼烷、二硅烷、锗烷和硅烷和其它气体(诸如三氟化硼)。氢化物气体提纯的现用方法集中于使用还原的金属和金属氧化物。在半导体、绝缘体和导体层沉积期间常用大量过量的电子气体，此使除去残余未反应的电子气体成为必要。特定地说，对于氢化物气体，现用传统电子气体减少系统依赖于由金属氧化物、金属碳酸盐和金属氢氧化物组成的干燥洗气器。

在提纯和减少的全部上述应用中，传统多孔材料(诸如活性碳、氧化铝、二氧化硅和沸石)的使用已展示出对活性金属和非金属组分的效率和反应性有益。应理解，当混入或负载到这些多孔材料上时，活性部分的可用接触表面积大大增加，从而增强这些吸附剂的整体扩散特征。然而，其它优势和改进已受到这些多孔材料的相对低孔隙度和不佳可定制性限制。这些材料的一些不清晰内部结构和不规则孔隙度还妨碍效能。

发明内容

本发明的实施例涉及(a)开发包含多个金属结点或簇(每一金属簇包含一或多种金属离子)与连接邻近金属簇的多种多齿有机配位体的配位产物的新颖MOF材料，其中金属离子和有机配位体经选择以提供与电子气体的反应性或对其的吸附亲和性，从而基本上除去或减少含有电子气体的流出物中的电子气体，(b)使用具有开放配位位点的MOF减少磷化氢、胂或三氟化硼，所述MOF包含(2+氧化态的)至少两种金属离子或(2+氧化态的)两种金属离子的组合且有机配位体之一用二羟基对苯二甲酸前驱体制成，(c)使用MOF减少三氟化硼，所述MOF由具有明轮几何结构的至少一个金属簇构成，所述金属簇含有具有自由配位位点的至少一个Cu²⁺金属离子，且有机配位体中的至少一者用前驱体对称苯三甲酸制成，以及(d)将MOF材料整合至减少系统中，使得含有电子气体的流出物能够与MOF材料接触流动，从而基本上减小所述电子气体在流出物中的浓度。