[发明专利]用于处理含金属的废水的聚合物螯合剂和凝结剂

说明书

技术领域

本发明涉及使用水溶性聚合物螯合剂与水溶性凝结剂结合使污染物从水溶液和/或分散体中沉淀。

背景技术

尽管使用整合铜的电路具有较小的缺点(setback)，但是半导体工业和相关的研究所越来越多地在解决目前的问题，并且采用铜作为下一代半导体材料。在这种趋势作为驱动力的情况下，需要开发先进的解决方案来解决目前和未来的与带有铜和其它金属的废物相关的健康、经济和环境问题。

在半导体制造业中，对含有重金属离子和磨蚀固体(abrasive solid)的废水进行处理以满足排放标准(discharge level)(如EPA和地方当局所要求的)一直以来都富有挑战性，有时候不可靠并且常常非常昂贵。这主要是由于废水在操作过程中的化学调节相关的时间浪费和操作成本所导致的，所述化学调节例如使用无机酸用于废水的pH调节和使用昂贵的抛光剂。其它成本源于用于减少污物的膜处理，从离子交换回收金属和由高资本设备的维护例如滤床更换所导致的通常花费。

在试图解决与化学机械抛光(chemical mechanical planarization，CMP)废水相关的经济和环境问题时，目前正在使用用于从废物流中除去金属离子的几种方法和化学组合物。

例如，Grinstead在美国专利4,741,831中教导了用于处理含金属的水性废物流的循环过程，其包括：1)使所述水性废物流与聚合物螯合剂接触，从而形成水溶性金属复合物，2)使用膜分离除去含水部分，3)使浓缩物与无机酸接触，从而释放金属，4)使用第二膜过滤，从而将金属滤液与再生的聚合物螯合剂分离，和5)回收含水聚合物螯合剂浓缩物，将其送至第一步骤的接触区域。

Allen等在美国专利5,871,648；5,965,027；6,312,601和6,428,705中教导从废水中除去金属和非金属污染物的方法，其包括：1)调节废水流的pH，并用有机或无机凝结剂处理它，从而形成尺寸超过5微米的微粒(或团块(agglomerate))，2)使处理的废水通过微过滤膜，从而处理污染物，和3)周期性地回洗该微过滤膜，从而从膜表面除去固体污染物。这种技术为单程操作，没有再浓缩模式。优选的有机聚合物凝结剂例如为聚[表氯醇-共聚-二甲基胺](pEPI/DMA)和聚[氯化二烯丙基二甲基铵](pDADMAC)聚合物。它还教导，对于含金属的废物，可以理想地添加金属除去剂，从而产生被凝结剂吸收的不溶性金属沉淀。在使用CMP浆料的实施例中，将化学处理剂直接添加到浆料中，然后直接通过微过滤对其进行加工。

Salmen等在美国专利6,258,277中教导从含有磨蚀固体的半导体废水中除去重金属的方法，其包括：1)添加有效量的含有二硫代氨基甲酸酯官能团的水溶性聚合物(DTC-聚合物)，2)使重金属离子沉淀，和3)使废水通过微过滤器，从而除去磨蚀固体并使重金属离子沉淀。它还教导同时使用凝结剂和DTC-聚合物会有害地影响渗透通量和质量。

Carey等在美国专利5,594,096中教导了一种组合物，其有效地用于从含有聚[乙烯亚胺]的二硫代氨基甲酸酯类似物的废水中除去金属。该教导中还指出，对上述处理的废水进行过滤能够提高除去金属的效率。

Smith等在PCT WO 96/38493中披露了许多水溶性聚合物，包括衍生的具有用于从水流中分离金属的螯合官能团的聚[乙烯亚胺]。它还披露处理的废物流通过超滤膜的渗透通量能够通过如下方法得以提高：在衍生化之前对该聚合物进行“预提纯”，从而除去低分子量的物类。WO′493的实施例2(聚合物B)在组成上与本发明的聚乙烯亚胺二乙酸.XNa(polyethyleiminodiacetic acid.XNa，PEIDA)组合物相同。

Quamme等在美国专利4,558,080中；Kelly等在美国专利4,734,216和4,781,839中；以及Chen等在美国专利5,916,991中教导了含有衍生化的单宁的聚合物组合物，它是用于净化废水的有效的凝结剂。

使用阳离子聚合物和阴离子聚合物作为从废水中除去重金属的共沉淀剂是本领域已知的。例如，Swanson等(美国专利3,947,354)使用阳离子聚合电解质和阴离子黄原酸盐来使金属离子从废水中沉淀并将其除去。但是，Swanson等选择的阴离子聚合物限于水溶性多羟基衍生物，例如淀粉，纤维素，糊精，半纤维素，聚乙烯基醇，并优选阴离子淀粉黄原酸盐。