表面波微波電漿技術應用於全氟化物 削減之研究與反應機制分析

The Abatement of Perfluorocarbons Using Surface-Wave Microwave Plasma

方永生(Yung-Sheng Fang)

指導教授 ： 魏大欽

中原大學/工學院/化學工程研究所/碩士(2002年)

https://doi.org/10.6840/cycu200200216

摘要

本研究利用表面波微波電漿技術針對三種全氟化物(四氟甲烷、六氟乙烷及三氟甲烷)於氧氣電漿中進行削減實驗，以傅氏轉換紅外線光譜儀分析產物組成並據以計算全氟化物轉化率及產物選擇性，且利用MMTCE值之計算來了解整體削減實驗之效能，此外，搭配放射光譜儀量測電漿之主要自由基濃度。實驗中探討氧氣配比、微波功率、操作壓力、進料流量及不同添加劑(H2、Ar)含量等操作參數對全氟化物轉化率、MMTCE降低值和產物選擇性之影響；並結合數學模型以瞭解四氟甲烷/氧氣在微波電漿中之反應機構。
實驗結果發現，由於三種全氟化物經電漿中高能電子斷鍵所需能量不同，導致削減之難易程度依序為：CF4＞C2F6＞CHF3；加入適當的氧氣能有效提昇全氟化物轉化率；微波功率則為削減實驗中最重要之影響因子，提昇功率可大幅增加全氟化物轉化率與降低MMTCE值；操作壓力增加對於全氟化物轉化並無幫助；不同之添加劑(H2、Ar)對三種全氟化物有不同之影響，但影響程度小於氧氣配比、微波功率及操作壓力。另外，於三種全氟化物之削減實驗中，均發現石英管壁之蝕刻效應，導致產物組成中有 SiF4之存在。
在四氟甲烷/氧氣電漿之模型研究中，發現於不同之微波功率下，模型計算之四氟甲烷轉化率與產物選擇性均與實驗值非常相近；於敏感性分析中可歸納出CF4/O2電漿主要反應路徑：反應物CF4、O2之分解主要經由高能電子碰撞，使電漿中存在眾多的自由基(CFx、F及O)，而於氣相中快速反應生成COF2，分解反應持續進行進而形成CO2及CO。另一方面，提昇進料氣體溫度對四氟甲烷轉化之幫助並不顯著，然而，管徑縮小卻有極大之助益。

關鍵字

處理削減 ； 電漿模擬 ； 微波電漿 ； 全氟化物

並列摘要

The abatement of three perfluorocarbons, CF4, C2F6, and CHF3, via oxygen plasma in a microwave plasma reactor was investigated. A series of experiments were conducted to determine perfluorocarbons conversion, MMTCE value, and product distributions over wide ranges of operating parameters. In the meanwhile, a mathematical model was developed to characterize the chemical reactions taking place in perfluorocarbons/oxygen plasmas. The model results were then compared with experimental measurements.
Experimental results showed that due to differences in bonding energies for the three PFCs in this study, the destruction efficiency (conversion) of the three PFCs in oxygen plasma followed the order CF4

並列關鍵字

modeling ； microwave plasma ； abatement ； perfluorocarbon

參考文獻

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