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(mén)綠潤(rùn)源環(huán)保科技有限公司，福建廈門(mén) 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(jì)算機(jī)顯示器、手機(jī)等電子產(chǎn)品中。然而，在液晶顯示面板的生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)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(duì)環(huán)境造成了污染，還可能對(duì)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(lái)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(lái)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(guò)程中常用的一種加工技術(shù)。在該過(guò)程中，使用離子束對(duì)硅片和其他電子器件進(jìn)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(lái)源主要包括以下幾個(gè)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(guò)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(duì)待加工物進(jìn)行蝕刻；蝕刻反應(yīng)室則是氣體與待加工物相互作用的場(chǎng)所；在設(shè)備操作和維護(hù)過(guò)程中，可能存在氣體泄漏或通過(guò)排氣系統(tǒng)排放廢氣。

1.2 清洗溶劑揮發(fā)性有機(jī)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(jī)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(guò)程中會(huì)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(guò)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(guò)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(guò)程，以沉積所需的薄膜。薄膜沉積過(guò)程中會(huì)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(guò)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(jī)溶劑、聚合物和其他添加劑。在光刻過(guò)程中，光刻膠暴露于紫外線(xiàn)光源或電子束，導(dǎo)致其中的有機(jī)化合物揮發(fā)。這些揮發(fā)物包括有機(jī)溶劑和光刻膠中的揮發(fā)性成分。光刻過(guò)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(jī)溶劑、酸堿等成分。在光刻過(guò)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(jī)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(guò)程中常用的連接電子組件的方法之一。然而，這些過(guò)程會(huì)產(chǎn)生廢氣，其中包含焊錫煙塵、氣體氧化物和有機(jī)化合物等成分。焊接過(guò)程中使用的焊錫線(xiàn)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(guò)程中可能使用有機(jī)溶劑或涂層材料，其中含有揮發(fā)性有機(jī)化合物。這些有機(jī)化合物在焊接過(guò)程中可能揮發(fā)出來(lái)，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(diǎn)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(jī)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(jī)氣體分子自廢氣中分離，以達(dá)成凈化廢氣的目的。吸附一般多為物理性吸附，隨工作時(shí)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(shí)須進(jìn)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(jìn)行，經(jīng)脫附產(chǎn)生的含有機(jī)溶劑氣體或廢液須進(jìn)一步處理，以免形成二次污染問(wèn)題。設(shè)計(jì)良好的吸附處理系統(tǒng)效率可達(dá)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(diǎn)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(guò)程。在這過(guò)程中會(huì)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(guò)程將有害廢氣轉(zhuǎn)換成無(wú)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(lèi)。由于焚化處理的主要費(fèi)用來(lái)自操作時(shí)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(jìn)流廢氣，以達(dá)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(jī)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(jī)化合物轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。廢氣通過(guò)生物反應(yīng)器或生物濾床時(shí)，微生物在適宜的環(huán)境條件下分解有機(jī)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(guò)程為：有機(jī)化合物+微生物反應(yīng) → CO2+H2O+微生物生物質(zhì)。此過(guò)程需要控制適宜的溫度、濕度、氧氣和營(yíng)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(yùn)用

液晶顯示面板行業(yè)原料種類(lèi)繁多，工序繁雜，廢氣種類(lèi)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(jìn)入酸性廢氣處理系統(tǒng)進(jìn)一步處理。

2.2.3 清洗有機(jī)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(jià)值，若使用燃燒的方法，將造成資源浪費(fèi)，且會(huì)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(jìn)行處理。

2.2.4 光刻有機(jī)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(jī)化合物+O2→ CO2+H2O

光刻有機(jī)廢氣排放特點(diǎn)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(shí)受到溫度、停留時(shí)間和反應(yīng)器設(shè)計(jì)等因素的影響。適當(dāng)?shù)臏囟群屯Ａ魰r(shí)間可以確保有機(jī)化合物充分熱解，而合理的反應(yīng)器設(shè)計(jì)可以提高反應(yīng)效率。

2.2.5 剝離有機(jī)廢氣

剝離有機(jī)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(diǎn)246℃，熔點(diǎn)-38.5℃）、乙二醇丁醚（BDG，沸點(diǎn)171℃，熔點(diǎn)-70℃）、N-甲基甲酰胺（NMF，沸點(diǎn)180~185℃，熔點(diǎn)-4℃），隨著溫度的降低，剝離液各成分逐漸降到氣露點(diǎn)溫度，由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，可實(shí)現(xiàn)從廢氣中去除目的[5]。

2.2.6 其他有機(jī)廢氣

液晶顯示面板生產(chǎn)還有一些分散的有機(jī)廢氣產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)，可采用活性炭吸附，活性炭吸附技術(shù)是一種常用的有機(jī)廢氣治理技術(shù)。活性炭是一種多孔性吸附材料，具有較大的比表面積和吸附能力，廢氣中的有機(jī)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(shí)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(guò)程中產(chǎn)生的廢氣可以通過(guò)排放源控制技術(shù)進(jìn)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(jiàn)的排放源控制技術(shù)包括改進(jìn)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(guò)改進(jìn)工藝和調(diào)整焊接參數(shù)，可以?xún)?yōu)化焊接過(guò)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(guò)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(wú)鉛焊料，可以降低有害物質(zhì)的釋放。這些材料在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣含量較低，對(duì)環(huán)境和健康的影響更小。同時(shí)，可以使用高效的過(guò)濾器和除塵設(shè)備來(lái)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(hù)環(huán)境和人類(lèi)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(shí)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(jī)化合物、顆粒物、氣體和金屬等。這使得針對(duì)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(mǎn)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(gè)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(cè)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(cè)體系和管理措施。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(chǔ)等方面。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)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(shí)，先進(jìn)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(cè)和管理手段。綠色化工業(yè)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)之一，通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)工藝、改善廢氣處理系統(tǒng)、推動(dòng)資源循環(huán)利用等手段，實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢氣的最小化排放和資源化利用。這將推動(dòng)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(yǔ)

對(duì)液晶顯示面板工業(yè)廢氣的成分與排放來(lái)源進(jìn)行了綜合分析。通過(guò)對(duì)氣體輔助離子束蝕刻廢氣、清洗溶劑揮發(fā)性有機(jī)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(lái)源。針對(duì)不同廢氣類(lèi)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(diǎn)多，各類(lèi)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(hù)等方面。未來(lái)，需要進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)更加高效、經(jīng)濟(jì)的治理技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)液晶顯示面板工業(yè)廢氣的有效控制和減排，保護(hù)環(huán)境和人類(lèi)健康。