袋式活性炭過濾器在電子製造潔淨室空氣過濾中的應用研究 一、引言 隨著半導體、液晶顯示（LCD）、光電子器件等高科技產業的快速發展，對生產環境的要求日益提高。尤其是在電子製造領域，潔淨室空氣質量...
袋式活性炭過濾器在電子製造潔淨室空氣過濾中的應用研究
一、引言
隨著半導體、液晶顯示（LCD）、光電子器件等高科技產業的快速發展，對生產環境的要求日益提高。尤其是在電子製造領域，潔淨室空氣質量直接影響到產品的良品率和性能穩定性。因此，高效、穩定的空氣淨化係統成為保障現代電子製造工藝質量的關鍵設備之一。
袋式活性炭過濾器作為空氣淨化係統的重要組成部分，廣泛應用於去除氣體中的揮發性有機化合物（VOCs）、異味、酸堿性氣體及其他有害汙染物。其獨特的結構設計與吸附性能使其在電子製造潔淨室中發揮著不可替代的作用。本文將圍繞袋式活性炭過濾器的工作原理、產品參數、技術優勢、選型依據及其在電子製造潔淨室中的具體應用進行深入探討，並結合國內外研究成果，分析其在實際工程中的表現與發展趨勢。
二、袋式活性炭過濾器的基本原理
2.1 活性炭吸附原理
活性炭是一種具有高度多孔結構的碳材料，擁有極大的比表麵積（通常大於500 m²/g），通過物理吸附和化學吸附的方式去除氣態汙染物。其吸附能力主要取決於：
- 孔徑分布：微孔（<2 nm）、中孔（2~50 nm）和大孔（>50 nm）；
- 表麵官能團：影響其對極性或非極性物質的選擇性；
- 接觸時間：氣流速度越慢，吸附效率越高；
- 溫度與濕度：高溫會降低吸附能力，高濕環境下水分子可能占據部分吸附位點。
2.2 袋式結構特點
袋式活性炭過濾器采用多個布袋串聯排列的形式，內部填充顆粒狀或蜂窩狀活性炭。其優點包括：
- 增加了活性炭與氣流的接觸麵積；
- 減少壓降，提升通風效率；
- 易於更換與維護；
- 可根據不同汙染物選擇不同類型的活性炭。
三、袋式活性炭過濾器的產品參數與分類
3.1 主要技術參數
| 參數名稱 | 典型值範圍 | 單位 | 備注 |
|---|---|---|---|
| 風量 | 500 ~ 50,000 | m³/h | 根據潔淨室規模定製 |
| 初阻力 | ≤120 | Pa | 空載狀態下的初始壓降 |
| 過濾效率（VOC） | ≥90% | – | 對苯係物、醇類等去除效果 |
| 活性炭填充量 | 5 ~ 50 | kg | 根據處理濃度調整 |
| 使用壽命 | 6 ~ 24 | 月 | 視汙染負荷而定 |
| 材質 | 熱軋無紡布、聚酯纖維 | – | 耐腐蝕、耐高溫 |
| 工作溫度 | -20 ~ +80 | ℃ | 常溫運行為主 |
| 控製方式 | 手動/自動控製 | – | 支持PLC遠程控製 |
3.2 分類方式
根據應用場景和功能差異，袋式活性炭過濾器可分為以下幾類：
| 類型 | 特點描述 | 適用場合 |
|---|---|---|
| 普通袋式活性炭 | 填充普通顆粒活性炭，適用於低濃度VOC去除 | 辦公樓、醫院、輕工業車間 |
| 浸漬改性活性炭 | 經過化學浸漬處理，增強對酸性或堿性氣體的吸附能力 | 化工廠、實驗室廢氣處理 |
| 蜂窩狀活性炭袋 | 結構穩定，風阻小，適合大風量處理 | 電子廠房、數據中心 |
| 複合型活性炭袋 | 同時包含多種吸附材料（如矽膠、沸石等） | 多組分複雜廢氣處理 |
四、袋式活性炭過濾器在電子製造潔淨室中的應用需求
4.1 電子製造潔淨室的空氣汙染特征
電子製造潔淨室常見的空氣汙染物主要包括：
- 揮發性有機化合物（VOCs）：來自清洗劑、溶劑、封裝材料等；
- 酸性氣體：如HCl、HF、SO₂等，常見於蝕刻、沉積等工藝；
- 堿性氣體：如NH₃，常用於顯影液中；
- 臭氧（O₃）：由UV固化設備產生；
- 微粒汙染物：需配合HEPA/ULPA使用以達到ISO 1級標準。
4.2 潔淨室對空氣處理係統的特殊要求
| 要求項 | 描述 |
|---|---|
| 極低顆粒濃度 | ISO 1~4級潔淨度標準，需配合HEPA/ULPA使用 |
| 高效去除VOC | 尤其是對異丙醇、丙酮、甲苯等有機物的去除能力 |
| 抗化學腐蝕性強 | 設備材質需耐受強酸強堿氣體侵蝕 |
| 低能耗與低噪音 | 保證長期運行經濟性 |
| 自動化控製集成 | 支持SCADA係統聯動，實現智能監控與預警 |
五、袋式活性炭過濾器的技術優勢與局限性
5.1 技術優勢
- 高效吸附性能：對苯係物、醛類、酮類等常見VOC有良好的去除效果；
- 適應性強：可根據不同工藝段配置不同種類的活性炭；
- 安裝靈活：可作為初效或中效過濾器使用，也可組合為多級淨化係統；
- 成本相對較低：相比催化燃燒、冷凝回收等方式更具性價比；
- 易於維護：更換方便，維護周期長。
5.2 局限性
- 飽和吸附問題：需定期更換或再生，否則存在二次釋放風險；
- 濕度敏感：高濕環境下吸附能力下降；
- 不具備殺菌功能：需與其他技術（如紫外線、臭氧發生器）配合使用；
- 處理高濃度廢氣效率有限：適用於低至中等濃度氣體淨化。
六、國內外研究進展與典型應用案例
6.1 國內研究現狀
中國近年來在空氣淨化技術方麵取得了顯著進展。清華大學、北京大學、中科院生態環境研究中心等機構在活性炭材料改性、複合吸附材料開發等方麵進行了大量研究。
例如，李紅等人（《環境科學學報》，2020）研究了改性椰殼活性炭對甲醛的吸附性能，結果顯示經硝酸氧化處理後的活性炭對甲醛的吸附容量提升了37%。
此外，王誌剛等（《潔淨與空調技術》，2021）針對某LED芯片廠潔淨室空氣汙染問題，提出了“袋式活性炭+HEPA”組合淨化方案，有效降低了TVOC濃度，滿足ISO 4級潔淨要求。
6.2 國外研究現狀
美國ASHRAE、日本JIS協會及歐洲CEN組織均發布了關於空氣淨化設備的標準與指南。國外廠商如Camfil、AAF、Donaldson等在活性炭過濾技術上已有成熟應用。
例如，S. Kumar et al.（Journal of Hazardous Materials, 2021）研究了負載金屬離子的活性炭對NOx的去除效果，發現Cu²⁺改性活性炭在低溫下對NOx的吸附效率高達95%以上。
此外，T. Yamamoto et al.（Indoor Air, 2020）在日本某半導體廠測試了袋式活性炭過濾器對AMC（Airborne Molecular Contaminants）的去除效率，結果表明對NH₃的去除率達到92%，對異丙醇的去除率為89%。
七、袋式活性炭過濾器在電子製造潔淨室中的係統配置建議
7.1 多級淨化係統組成
| 層級 | 設備類型 | 功能說明 |
|---|---|---|
| 初效 | 金屬網/無紡布過濾器 | 去除大顆粒灰塵 |
| 中效 | 袋式活性炭過濾器 | 去除VOC、異味、酸堿氣體 |
| 高效 | HEPA/ULPA過濾器 | 去除亞微米級顆粒，達到ISO等級 |
| 終端 | UV燈/臭氧發生器 | 殺菌消毒，防止微生物滋生 |
7.2 係統設計要點
- 風速控製：建議保持在0.5~1.5 m/s之間，以確保充分接觸又不造成過高阻力；
- 預處理措施：如設置除濕段，避免高濕導致吸附性能下降；
- 監測與報警係統：實時監測TVOC、PM2.5、pH值等指標；
- 活性炭再生裝置：對於大型係統，建議配置熱脫附再生設備，延長使用壽命；
- 冗餘設計：關鍵區域設置雙套過濾係統，確保連續運行。
八、袋式活性炭過濾器的選型與采購指南
8.1 選型依據
| 項目 | 內容說明 |
|---|---|
| 汙染物種類 | 根據排放源確定主要汙染物類型（如VOC、NH₃、HF等） |
| 濃度水平 | 高濃度需選用改性活性炭或增加過濾層數 |
| 風量大小 | 影響過濾器尺寸與數量，需精確計算係統風阻與壓降 |
| 空間限製 | 安裝位置是否允許布置大型過濾設備 |
| 預算與運維成本 | 是否考慮自動化控製、更換頻率、活性炭價格等因素 |
| 法規標準 | 是否符合GB/T 14295-2019、ASHRAE 52.2、EN 779等標準 |
8.2 推薦品牌與型號對比
| 品牌 | 型號 | 風量（m³/h） | 效率（VOC） | 材質 | 應用場景 |
|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | CB-FAC係列 | 3000~20000 | >95% | PET+活性炭 | 半導體潔淨室 |
| AAF | ActiBox係列 | 1000~10000 | 90%~93% | PP+活性炭 | LCD麵板廠 |
| Donaldson | Activ-Pure | 500~8000 | 90% | 無紡布+活性炭 | 數據中心機房 |
| 蘇州科德曼 | KDM-ACB係列 | 500~15000 | 88%~92% | 聚酯纖維+活性炭 | LED封裝車間 |
九、結語（略）
參考文獻
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李紅, 張偉, 劉洋. 改性椰殼活性炭對甲醛吸附性能的研究[J]. 環境科學學報, 2020, 40(4): 1355-1362.
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王誌剛, 孫磊, 趙鵬飛. 某LED芯片廠潔淨室空氣淨化係統優化研究[J]. 潔淨與空調技術, 2021(3): 45-50.
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S. Kumar, A. Singh, R. Pandey. Metal-modified activated carbon for NOx removal: Mechanism and performance evalsuation[J]. Journal of Hazardous Materials, 2021, 412: 125213.
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T. Yamamoto, M. Sato, K. Tanaka. Removal of airborne molecular contaminants in semiconductor cleanrooms using bag-type activated carbon filters[J]. Indoor Air, 2020, 30(5): 987-996.
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GB/T 14295-2019. 空氣過濾器[S].
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ASHRAE Standard 52.2-2017. Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size[S].
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EN 779:2012. Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance[S].
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百度百科. 活性炭過濾器 [EB/OL]. http://baike.baidu.com/item/活性炭過濾器, 2024-04-01.
-
Camfil Group. Technical Catalogue – Bag-Type Activated Carbon Filters[Z]. 2023.
-
AAF International. Product Manual – ActiBox Series[Z]. 2022.
如需進一步了解袋式活性炭過濾器的具體選型、工程應用或定製方案，歡迎谘詢專業空氣淨化設備供應商或查閱相關行業標準手冊。
