液晶显示面板行业工业废气排放与治理技术分析

张勇魁

（厦门绿润源环保科技有限公司，福建厦门 361009）

液晶显示面板作为一种主流的平板显示技术，广泛应用于电视、计算机显示器、手机等电子产品中。然而，在液晶显示面板的生产过程中，会产生大量的工业废气，其中包括多种有害气体成分。这些废气的排放不仅对环境造成了污染，还可能对人体健康产生负面影响。因此，研究液晶显示面板工业废气的成分与排放来源，并探索相应的治理技术具有重要意义。

1 液晶显示面板工业废气的成分与排放来源

1.1 气体辅助离子束（GAI）蚀刻废气

气体辅助离子束（GAI）蚀刻是液晶显示面板制造过程中常用的一种加工技术。在该过程中，使用离子束对硅片和其他电子器件进行加工和蚀刻，以形成所需的微细结构。气体辅助离子束蚀刻废气的排放来源主要包括以下几个方面：首先蚀刻设备中的离子束发生器和反应室是主要的废气源，在离子束发生器中，通过将气体（如氟化硅化合物）引入放电区域产生离子束，从而对待加工物进行蚀刻；蚀刻反应室则是气体与待加工物相互作用的场所；在设备操作和维护过程中，可能存在气体泄漏或通过排气系统排放废气。

1.2 清洗溶剂挥发性有机化合物（VOCs）

清洗工序在液晶显示面板制造中起着重要的作用，用于去除表面污染物和残留物，以确保产品质量。液晶显示面板制造中常用的清洗设备包括喷淋清洗、超声波清洗和浸泡清洗等。在这些设备中，使用的清洗溶剂中可能含有挥发性有机化合物，如氯代溶剂（如三氯甲烷、四氯化碳）和氟代溶剂（如氟化烃），这些化合物在清洗过程中会逐渐挥发到空气中。

1.3 薄膜沉积废气

薄膜沉积是液晶显示面板制造过程中的重要步骤之一，用于在基板表面沉积各种功能性薄膜，如二氧化硅（SiO2）、二氧化钛（TiO2）、氮化硅（Si3N4）等。薄膜沉积通常使用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）等技术[1]。在这些设备中，通过将特定气体（如硅源、氮源、氧源等）引入反应室，产生化学反应或物理过程，以沉积所需的薄膜。薄膜沉积过程中会产生一定量的反应废气和未反应原料气，如氟化物、氨气、硅烷及 NOx等。

1.4 光刻废气

光刻是液晶显示面板制造过程中关键的工艺步骤之一，用于在基板上形成精细的图案。光刻胶形成图案的关键材料，其中包含有机溶剂、聚合物和其他添加剂。在光刻过程中，光刻胶暴露于紫外线光源或电子束，导致其中的有机化合物挥发。这些挥发物包括有机溶剂和光刻胶中的挥发性成分。光刻过程中使用的光刻液主要用于净化基板表面并改变其亲疏水性。光刻液通常包含有机溶剂、酸碱等成分。在光刻过程中，光刻液与基板接触并发生化学反应，导致其中的溶剂挥发成为废气[2]。此外，光刻后需使用剥离液将玻璃基板上多余的光刻胶剥离，剥离液挥发产生有机废气。

1.5 焊接和焊熔废气

焊接和焊熔是液晶显示面板制造过程中常用的连接电子组件的方法之一。然而，这些过程会产生废气，其中包含焊锡烟尘、气体氧化物和有机化合物等成分。焊接过程中使用的焊锡线或焊锡膏在高温下熔化，产生焊锡烟尘。这些烟尘含有焊锡颗粒和其他焊接材料残留物。焊接过程中可能使用有机溶剂或涂层材料，其中含有挥发性有机化合物。这些有机化合物在焊接过程中可能挥发出来，形成废气。

2 液晶显示面板工业废气治理技术

2.1 行业废气治理概述

液晶显示面板生产行业废气处理技术主要包括非破坏性（冷凝法、吸附法、吸收法）与破坏性（直燃式/触媒式焚化法、生物法）处理技术。

2.1.1 冷凝回收技术

冷凝回收技术利用冷媒作介质把废气冷凝，降到废气中污染物质的露点以下，结露后从废气中分离的方法。该方法既能回收废气中的有机物，又能降低待处理废气的浓度，有利于后续处理手段处理效率的提高。

2.1.2 吸附技术

吸附技术主要利用高孔隙率、高比表面积的材料为吸附剂，将有机气体分子自废气中分离，以达成净化废气的目的。吸附一般多为物理性吸附，随工作时间的增加，吸附剂将逐渐趋于饱和而最终失效，因此在吸附剂饱和时须进行脱附再生或吸附剂更换工作。吸附剂的再生可利用热空气或热蒸汽进行，经脱附产生的含有机溶剂气体或废液须进一步处理，以免形成二次污染问题。设计良好的吸附处理系统效率可达95%以上。目前应用较广的吸附剂包括活性炭及疏水性沸石，目前就技术发展而言，以活性炭较为成熟，而沸石虽然在成本及吸附量方面比活性炭差，但其优点在于具有高度的热稳定性。

2.1.3 溶液湿法吸收技术

溶液湿法吸收技术是利用液态吸收剂处理气体混合物以除去其中某一种或几种气体的过程。在这过程中会发生某些气体在溶液中溶解的物理作用，这是物理吸收。也有气液中物质之间发生化学反应，这是化学吸收。

2.1.4 焚化处理技术（燃烧处理技术）

焚化处理技术系利用氧化过程将有害废气转换成无害的CO2与H2O，依照废气的破坏温度可分为直燃式焚化（800~1 400℃）与触媒焚化（400~500℃）二类。由于焚化处理的主要费用来自操作时消耗的燃料，故为降低燃料的耗用，一般均将燃烧后废气用于预热进流废气，以达到废热回收的目的。

2.1.5 生物处理技术

生物处理技术是一种环境友好且可持续的清洗溶剂挥发性有机化合物（VOCs）治理技术。该技术利用微生物的生物降解能力将有机化合物转化为无害物质。废气通过生物反应器或生物滤床时，微生物在适宜的环境条件下分解有机化合物，将其转化为二氧化碳、水和微生物生物质。

生物处理技术的废气治理过程为：有机化合物+微生物反应 → CO2+H2O+微生物生物质。此过程需要控制适宜的温度、湿度、氧气和营养物质等因素，以维持微生物群落的活性和稳定性。

2.2 液晶显示面板行业废气治理技术运用

液晶显示面板行业原料种类繁多，工序繁杂，废气种类及成分不一，需根据各废气特性采用不同的治理技术。

2.2.1 薄膜沉积废气

燃烧法，主要化学反应为：

2.2.2 气体辅助离子束（GAI）蚀刻废气

燃烧法，主要化学反应为：

薄膜沉积废气、气体辅助离子束（GAI）蚀刻废气经燃烧法，尾气含有颗粒物及酸性气体，需经布袋除尘去除SiO2等颗粒物后，进入酸性废气处理系统进一步处理。

2.2.3 清洗有机废气

液晶显示面板部分工序产生的废气成分较为单一，具有较高的回收价值，若使用燃烧的方法，将造成资源浪费，且会产生大量的污染物，可采用沸石吸附浓缩处理后，选用冷凝工艺进行处理。

2.2.4 光刻有机废气

采用沸石吸附浓缩转轮+RTO，沸石浓缩转轮焚烧处理系统由浓缩转轮、焚烧设备和排风系统组成，辅助天然气助燃，反应如下：

有机化合物+O2→ CO2+H2O

光刻有机废气排放特点是浓度较低，但排风量较大，利用沸石浓缩转轮将大风量低浓度的废气浓缩为小风量高浓度，可以提高热解效率；热解技术的废气治理效果同时受到温度、停留时间和反应器设计等因素的影响。适当的温度和停留时间可以确保有机化合物充分热解，而合理的反应器设计可以提高反应效率。

2.2.5 剥离有机废气

剥离有机废气多采用冷凝回收技术。液晶显示面板生产行业使用的剥离液的主要成分为羟乙基哌嗪（HEP，沸点246℃，熔点-38.5℃）、乙二醇丁醚（BDG，沸点171℃，熔点-70℃）、N-甲基甲酰胺（NMF，沸点180~185℃，熔点-4℃），随着温度的降低，剥离液各成分逐渐降到气露点温度，由气态变为液态，可实现从废气中去除目的[5]。

2.2.6 其他有机废气

液晶显示面板生产还有一些分散的有机废气产生节点，可采用活性炭吸附，活性炭吸附技术是一种常用的有机废气治理技术。活性炭是一种多孔性吸附材料，具有较大的比表面积和吸附能力，废气中的有机化合物在活性炭表面发生物理吸附，从而将有害成分从废气中捕获。活性炭的吸附效果受到温度、湿度、废气浓度和接触时间等因素的影响。

2.2.7 酸碱废气

液晶显示面板工业酸性废气、碱性废气多采用湿式喷淋吸收法处理。酸性废气吸收液为碱性溶液，如氢氧化钠溶液、碱-亚硫酸氢钠溶液；碱性废气吸收液为酸性溶液，如稀硫酸。

2.2.8 焊接和焊熔废气排放与治理技术

焊接和焊熔过程中产生的废气可以通过排放源控制技术进行治理。这些技术主要集中在控制废气的排放源，减少有害物质的产生和释放。常见的排放源控制技术包括改进工艺、调整焊接参数、使用更低挥发性材料、改善通风系统等。通过改进工艺和调整焊接参数，可以优化焊接过程，降低废气的产生。例如，减少焊接电流和电压的使用，控制焊接速度和电弧稳定性，可以减少焊接过程中的烟尘和气体产生。使用低挥发性的焊接材料和助焊剂，如低挥发性焊丝和无铅焊料，可以降低有害物质的释放。这些材料在焊接过程中产生的废气含量较低，对环境和健康的影响更小。同时，可以使用高效的过滤器和除尘设备来去除废气中的颗粒物和有害物质。

3 工业废气治理的挑战和前景

工业废气治理是保护环境和人类健康的重要任务之一。然而，面临着一些挑战，需要克服和解决，同时也展示了工业废气治理的前景和发展方向。首先，工业废气的成分复杂多样，涉及各种有机化合物、颗粒物、气体和金属等。这使得针对不同废气成分的治理技术需要定制化和灵活应用。此外，高效的废气治理需要满足严格的排放标准，但相应的处理设备和技术成本较高，增加了治理的成本和复杂性。另外，废气治理技术的选择和适用性也是一个挑战，需要根据不同的废气成分和特性选择合适的技术。此外，监测废气排放的质量和数量是关键，需要建立完善的监测体系和管理措施。实时监测和数据管理的挑战包括设备可靠性、准确性、数据传输和存储等方面。随着科学技术的不断进步，新的废气治理技术不断涌现。例如，新型催化剂、高效的吸附材料、生物降解菌株等为废气治理提供了更多选择和解决方案。同时，先进的传感技术和数据分析能力也提供了更好的废气监测和管理手段。绿色化工业是未来的发展趋势之一，通过优化生产工艺、改善废气处理系统、推动资源循环利用等手段，实现工业废气的最小化排放和资源化利用。这将推动工业废气治理技术向低能耗、低排放、高效益的方向发展。

4 结束语

对液晶显示面板工业废气的成分与排放来源进行了综合分析。通过对气体辅助离子束蚀刻废气、清洗溶剂挥发性有机化合物废气、薄膜沉积废气、光刻废气以及焊接和焊熔废气的分析，总结了液晶显示面板废气的主要成分和产生来源。针对不同废气类型，介绍了相应的治理技术，包括吸附技术、燃烧处理技术、溶液湿法吸收技术、冷凝回收技术等。然而，液晶显示面板行业工序繁杂，废气产生节点多，各类废气成分和浓度变化明显，废气治理仍面临一些挑战，需综合考虑各种因素，如技术成本、废气处理效率、二次污染控制和设备维护等方面。未来，需要进一步研究和开发更加高效、经济的治理技术，以实现液晶显示面板工业废气的有效控制和减排，保护环境和人类健康。