液晶顯示面板行業(yè)工業(yè)廢氣排放與治理技術(shù)分析

張勇魁

（廈門綠潤源環(huán)?？萍加邢薰?，福建廈門 361009）

液晶顯示面板作為一種主流的平板顯示技術(shù)，廣泛應(yīng)用于電視、計算機顯示器、手機等電子產(chǎn)品中。然而，在液晶顯示面板的生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的工業(yè)廢氣，其中包括多種有害氣體成分。這些廢氣的排放不僅對環(huán)境造成了污染，還可能對人體健康產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，研究液晶顯示面板工業(yè)廢氣的成分與排放來源，并探索相應(yīng)的治理技術(shù)具有重要意義。

1 液晶顯示面板工業(yè)廢氣的成分與排放來源

1.1 氣體輔助離子束（GAI）蝕刻廢氣

氣體輔助離子束（GAI）蝕刻是液晶顯示面板制造過程中常用的一種加工技術(shù)。在該過程中，使用離子束對硅片和其他電子器件進行加工和蝕刻，以形成所需的微細(xì)結(jié)構(gòu)。氣體輔助離子束蝕刻廢氣的排放來源主要包括以下幾個方面：首先蝕刻設(shè)備中的離子束發(fā)生器和反應(yīng)室是主要的廢氣源，在離子束發(fā)生器中，通過將氣體（如氟化硅化合物）引入放電區(qū)域產(chǎn)生離子束，從而對待加工物進行蝕刻；蝕刻反應(yīng)室則是氣體與待加工物相互作用的場所；在設(shè)備操作和維護過程中，可能存在氣體泄漏或通過排氣系統(tǒng)排放廢氣。

1.2 清洗溶劑揮發(fā)性有機化合物（VOCs）

清洗工序在液晶顯示面板制造中起著重要的作用，用于去除表面污染物和殘留物，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。液晶顯示面板制造中常用的清洗設(shè)備包括噴淋清洗、超聲波清洗和浸泡清洗等。在這些設(shè)備中，使用的清洗溶劑中可能含有揮發(fā)性有機化合物，如氯代溶劑（如三氯甲烷、四氯化碳）和氟代溶劑（如氟化烴），這些化合物在清洗過程中會逐漸揮發(fā)到空氣中。

1.3 薄膜沉積廢氣

薄膜沉積是液晶顯示面板制造過程中的重要步驟之一，用于在基板表面沉積各種功能性薄膜，如二氧化硅（SiO2）、二氧化鈦（TiO2）、氮化硅（Si3N4）等。薄膜沉積通常使用化學(xué)氣相沉積（CVD）或物理氣相沉積（PVD）等技術(shù)[1]。在這些設(shè)備中，通過將特定氣體（如硅源、氮源、氧源等）引入反應(yīng)室，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或物理過程，以沉積所需的薄膜。薄膜沉積過程中會產(chǎn)生一定量的反應(yīng)廢氣和未反應(yīng)原料氣，如氟化物、氨氣、硅烷及 NOx等。

1.4 光刻廢氣

光刻是液晶顯示面板制造過程中關(guān)鍵的工藝步驟之一，用于在基板上形成精細(xì)的圖案。光刻膠形成圖案的關(guān)鍵材料，其中包含有機溶劑、聚合物和其他添加劑。在光刻過程中，光刻膠暴露于紫外線光源或電子束，導(dǎo)致其中的有機化合物揮發(fā)。這些揮發(fā)物包括有機溶劑和光刻膠中的揮發(fā)性成分。光刻過程中使用的光刻液主要用于凈化基板表面并改變其親疏水性。光刻液通常包含有機溶劑、酸堿等成分。在光刻過程中，光刻液與基板接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其中的溶劑揮發(fā)成為廢氣[2]。此外，光刻后需使用剝離液將玻璃基板上多余的光刻膠剝離，剝離液揮發(fā)產(chǎn)生有機廢氣。

1.5 焊接和焊熔廢氣

焊接和焊熔是液晶顯示面板制造過程中常用的連接電子組件的方法之一。然而，這些過程會產(chǎn)生廢氣，其中包含焊錫煙塵、氣體氧化物和有機化合物等成分。焊接過程中使用的焊錫線或焊錫膏在高溫下熔化，產(chǎn)生焊錫煙塵。這些煙塵含有焊錫顆粒和其他焊接材料殘留物。焊接過程中可能使用有機溶劑或涂層材料，其中含有揮發(fā)性有機化合物。這些有機化合物在焊接過程中可能揮發(fā)出來，形成廢氣。

2 液晶顯示面板工業(yè)廢氣治理技術(shù)

2.1 行業(yè)廢氣治理概述

液晶顯示面板生產(chǎn)行業(yè)廢氣處理技術(shù)主要包括非破壞性（冷凝法、吸附法、吸收法）與破壞性（直燃式/觸媒式焚化法、生物法）處理技術(shù)。

2.1.1 冷凝回收技術(shù)

冷凝回收技術(shù)利用冷媒作介質(zhì)把廢氣冷凝，降到廢氣中污染物質(zhì)的露點以下，結(jié)露后從廢氣中分離的方法。該方法既能回收廢氣中的有機物，又能降低待處理廢氣的濃度，有利于后續(xù)處理手段處理效率的提高。

2.1.2 吸附技術(shù)

吸附技術(shù)主要利用高孔隙率、高比表面積的材料為吸附劑，將有機氣體分子自廢氣中分離，以達成凈化廢氣的目的。吸附一般多為物理性吸附，隨工作時間的增加，吸附劑將逐漸趨于飽和而最終失效，因此在吸附劑飽和時須進行脫附再生或吸附劑更換工作。吸附劑的再生可利用熱空氣或熱蒸汽進行，經(jīng)脫附產(chǎn)生的含有機溶劑氣體或廢液須進一步處理，以免形成二次污染問題。設(shè)計良好的吸附處理系統(tǒng)效率可達95%以上。目前應(yīng)用較廣的吸附劑包括活性炭及疏水性沸石，目前就技術(shù)發(fā)展而言，以活性炭較為成熟，而沸石雖然在成本及吸附量方面比活性炭差，但其優(yōu)點在于具有高度的熱穩(wěn)定性。

2.1.3 溶液濕法吸收技術(shù)

溶液濕法吸收技術(shù)是利用液態(tài)吸收劑處理氣體混合物以除去其中某一種或幾種氣體的過程。在這過程中會發(fā)生某些氣體在溶液中溶解的物理作用，這是物理吸收。也有氣液中物質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這是化學(xué)吸收。

2.1.4 焚化處理技術(shù)（燃燒處理技術(shù)）

焚化處理技術(shù)系利用氧化過程將有害廢氣轉(zhuǎn)換成無害的CO2與H2O，依照廢氣的破壞溫度可分為直燃式焚化（800~1 400℃）與觸媒焚化（400~500℃）二類。由于焚化處理的主要費用來自操作時消耗的燃料，故為降低燃料的耗用，一般均將燃燒后廢氣用于預(yù)熱進流廢氣，以達到廢熱回收的目的。

2.1.5 生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)是一種環(huán)境友好且可持續(xù)的清洗溶劑揮發(fā)性有機化合物（VOCs）治理技術(shù)。該技術(shù)利用微生物的生物降解能力將有機化合物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。廢氣通過生物反應(yīng)器或生物濾床時，微生物在適宜的環(huán)境條件下分解有機化合物，將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和微生物生物質(zhì)。

生物處理技術(shù)的廢氣治理過程為：有機化合物+微生物反應(yīng) → CO2+H2O+微生物生物質(zhì)。此過程需要控制適宜的溫度、濕度、氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)等因素，以維持微生物群落的活性和穩(wěn)定性。

2.2 液晶顯示面板行業(yè)廢氣治理技術(shù)運用

液晶顯示面板行業(yè)原料種類繁多，工序繁雜，廢氣種類及成分不一，需根據(jù)各廢氣特性采用不同的治理技術(shù)。

2.2.1 薄膜沉積廢氣

燃燒法，主要化學(xué)反應(yīng)為：

2.2.2 氣體輔助離子束（GAI）蝕刻廢氣

燃燒法，主要化學(xué)反應(yīng)為：

薄膜沉積廢氣、氣體輔助離子束（GAI）蝕刻廢氣經(jīng)燃燒法，尾氣含有顆粒物及酸性氣體，需經(jīng)布袋除塵去除SiO2等顆粒物后，進入酸性廢氣處理系統(tǒng)進一步處理。

2.2.3 清洗有機廢氣

液晶顯示面板部分工序產(chǎn)生的廢氣成分較為單一，具有較高的回收價值，若使用燃燒的方法，將造成資源浪費，且會產(chǎn)生大量的污染物，可采用沸石吸附濃縮處理后，選用冷凝工藝進行處理。

2.2.4 光刻有機廢氣

采用沸石吸附濃縮轉(zhuǎn)輪+RTO，沸石濃縮轉(zhuǎn)輪焚燒處理系統(tǒng)由濃縮轉(zhuǎn)輪、焚燒設(shè)備和排風(fēng)系統(tǒng)組成，輔助天然氣助燃，反應(yīng)如下：

有機化合物+O2→ CO2+H2O

光刻有機廢氣排放特點是濃度較低，但排風(fēng)量較大，利用沸石濃縮轉(zhuǎn)輪將大風(fēng)量低濃度的廢氣濃縮為小風(fēng)量高濃度，可以提高熱解效率；熱解技術(shù)的廢氣治理效果同時受到溫度、停留時間和反應(yīng)器設(shè)計等因素的影響。適當(dāng)?shù)臏囟群屯Ａ魰r間可以確保有機化合物充分熱解，而合理的反應(yīng)器設(shè)計可以提高反應(yīng)效率。

2.2.5 剝離有機廢氣

剝離有機廢氣多采用冷凝回收技術(shù)。液晶顯示面板生產(chǎn)行業(yè)使用的剝離液的主要成分為羥乙基哌嗪（HEP，沸點246℃，熔點-38.5℃）、乙二醇丁醚（BDG，沸點171℃，熔點-70℃）、N-甲基甲酰胺（NMF，沸點180~185℃，熔點-4℃），隨著溫度的降低，剝離液各成分逐漸降到氣露點溫度，由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，可實現(xiàn)從廢氣中去除目的[5]。

2.2.6 其他有機廢氣

液晶顯示面板生產(chǎn)還有一些分散的有機廢氣產(chǎn)生節(jié)點，可采用活性炭吸附，活性炭吸附技術(shù)是一種常用的有機廢氣治理技術(shù)?；钚蕴渴且环N多孔性吸附材料，具有較大的比表面積和吸附能力，廢氣中的有機化合物在活性炭表面發(fā)生物理吸附，從而將有害成分從廢氣中捕獲。活性炭的吸附效果受到溫度、濕度、廢氣濃度和接觸時間等因素的影響。

2.2.7 酸堿廢氣

液晶顯示面板工業(yè)酸性廢氣、堿性廢氣多采用濕式噴淋吸收法處理。酸性廢氣吸收液為堿性溶液，如氫氧化鈉溶液、堿-亞硫酸氫鈉溶液；堿性廢氣吸收液為酸性溶液，如稀硫酸。

2.2.8 焊接和焊熔廢氣排放與治理技術(shù)

焊接和焊熔過程中產(chǎn)生的廢氣可以通過排放源控制技術(shù)進行治理。這些技術(shù)主要集中在控制廢氣的排放源，減少有害物質(zhì)的產(chǎn)生和釋放。常見的排放源控制技術(shù)包括改進工藝、調(diào)整焊接參數(shù)、使用更低揮發(fā)性材料、改善通風(fēng)系統(tǒng)等。通過改進工藝和調(diào)整焊接參數(shù)，可以優(yōu)化焊接過程，降低廢氣的產(chǎn)生。例如，減少焊接電流和電壓的使用，控制焊接速度和電弧穩(wěn)定性，可以減少焊接過程中的煙塵和氣體產(chǎn)生。使用低揮發(fā)性的焊接材料和助焊劑，如低揮發(fā)性焊絲和無鉛焊料，可以降低有害物質(zhì)的釋放。這些材料在焊接過程中產(chǎn)生的廢氣含量較低，對環(huán)境和健康的影響更小。同時，可以使用高效的過濾器和除塵設(shè)備來去除廢氣中的顆粒物和有害物質(zhì)。

3 工業(yè)廢氣治理的挑戰(zhàn)和前景

工業(yè)廢氣治理是保護環(huán)境和人類健康的重要任務(wù)之一。然而，面臨著一些挑戰(zhàn)，需要克服和解決，同時也展示了工業(yè)廢氣治理的前景和發(fā)展方向。首先，工業(yè)廢氣的成分復(fù)雜多樣，涉及各種有機化合物、顆粒物、氣體和金屬等。這使得針對不同廢氣成分的治理技術(shù)需要定制化和靈活應(yīng)用。此外，高效的廢氣治理需要滿足嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，但相應(yīng)的處理設(shè)備和技術(shù)成本較高，增加了治理的成本和復(fù)雜性。另外，廢氣治理技術(shù)的選擇和適用性也是一個挑戰(zhàn)，需要根據(jù)不同的廢氣成分和特性選擇合適的技術(shù)。此外，監(jiān)測廢氣排放的質(zhì)量和數(shù)量是關(guān)鍵，需要建立完善的監(jiān)測體系和管理措施。實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)管理的挑戰(zhàn)包括設(shè)備可靠性、準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)傳輸和存儲等方面。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，新的廢氣治理技術(shù)不斷涌現(xiàn)。例如，新型催化劑、高效的吸附材料、生物降解菌株等為廢氣治理提供了更多選擇和解決方案。同時，先進的傳感技術(shù)和數(shù)據(jù)分析能力也提供了更好的廢氣監(jiān)測和管理手段。綠色化工業(yè)是未來的發(fā)展趨勢之一，通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝、改善廢氣處理系統(tǒng)、推動資源循環(huán)利用等手段，實現(xiàn)工業(yè)廢氣的最小化排放和資源化利用。這將推動工業(yè)廢氣治理技術(shù)向低能耗、低排放、高效益的方向發(fā)展。

4 結(jié)束語

對液晶顯示面板工業(yè)廢氣的成分與排放來源進行了綜合分析。通過對氣體輔助離子束蝕刻廢氣、清洗溶劑揮發(fā)性有機化合物廢氣、薄膜沉積廢氣、光刻廢氣以及焊接和焊熔廢氣的分析，總結(jié)了液晶顯示面板廢氣的主要成分和產(chǎn)生來源。針對不同廢氣類型，介紹了相應(yīng)的治理技術(shù)，包括吸附技術(shù)、燃燒處理技術(shù)、溶液濕法吸收技術(shù)、冷凝回收技術(shù)等。然而，液晶顯示面板行業(yè)工序繁雜，廢氣產(chǎn)生節(jié)點多，各類廢氣成分和濃度變化明顯，廢氣治理仍面臨一些挑戰(zhàn)，需綜合考慮各種因素，如技術(shù)成本、廢氣處理效率、二次污染控制和設(shè)備維護等方面。未來，需要進一步研究和開發(fā)更加高效、經(jīng)濟的治理技術(shù)，以實現(xiàn)液晶顯示面板工業(yè)廢氣的有效控制和減排，保護環(huán)境和人類健康。