[發明專利]一種制備三氟化氮氣體的電解槽及其應用

有效

• 申請號: 201510311822.6
• 申請日: 2015-06-09
• 公開（公告）號: CN104962946B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 馬毅斌;紀振紅;王斌;孟祥軍;李翔宇;冀延治
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一八研究所
• 主分類號: C25B9/08
• 分類號: C25B9/08;C25B1/24
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 周蜜,仇蕾安

技術領域

本發明涉及一種制備三氟化氮氣體的電解槽及其應用，具體地說，涉及一種適用于電解法制備三氟化氮氣體的電解槽及其應用，屬于三氟化氮制備領域。

背景技術

隨著電子工業的迅猛發展，三氟化氮(Nitrogen Trifluoride，簡稱NF₃)氣體在電子工業上有很廣泛重要的應用。現有技術中，制備NF₃氣體的主要方法為熔融鹽電解法，在陰、陽兩極產生氣體，即：陽極產生NF₃，陰極產生H₂；為防止所述兩極產生的氣體混合爆炸，采用可隔離兩極的裙板式電解槽，其結構如圖1所示。由圖1可知，所述裙板式電解槽主要由陰極、裙板和陽極組成，陽極室和陰極室靠電解液液面以上的裙板隔離得到。由于電解產生的氣體從電極表面脫離存在飄逸角，為了防止陽極氣體和陰極氣體在裙板以下混合爆炸，裙板式電解槽的電極高度和電極間距比例受到限制。在美國專利US5085156中，陽極和陰極與裙板間距為30mm～100mm。在日本專利JP11335882中，電解槽中電極高度與電極間距的比例為7:6，當比例降為7:2時，陽極氣體中檢測出體積分數為0.5％的H₂，存在爆炸的安全隱患。目前，實際生產中應用的裙板式電解槽中，當電極與裙板之間的間距為10mm時，裙板式電解槽的電極高度限制在100mm以內，此時，電解區域橫截面積限制在1000mm²以內。因此，裙板式電解槽的高度受到電極與裙板之間間距的限制，當大規模生產NF₃氣體時，需要數量巨大的裙板式電解槽和大面積的土地，可見裙板式電解槽的空間利用率低。

目前，提高生產NF₃氣體的電解槽空間利用率的一個途徑為采用不透氣但可以讓電解液流通的隔膜，將電解槽隔離為陽極室和陰極室，使得電極高度不受電極間距的限制，因此，在日本專利JP2006283158中，采用50μm～5mm微孔聚四氟乙烯隔膜將陽極和陰極完全隔離，其原理是隔膜細小的微孔讓氣泡無法透過，但可以透過電解液。然而，由于NF₃電解是在100℃的NH₄F·xHF電解液中進行的，聚四氟乙烯的膨脹系數太高，為10×10^-5～12×10^-5/℃，在所述電解環境中變形的程度使得隔膜微孔失去隔離氣泡的作用。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的之一在于提供一種制備三氟化氮氣體的電解槽，所述電解槽利用不透氣但可以讓電解液流通的離子交換膜，能防止陰、陽兩極氣體混合，減少陽極和陰極間距，從而穩定地制備NF₃氣體。

本發明的目的之二在于提供一種制備三氟化氮氣體的電解槽的應用。

為實現本發明的目的，提供技術方案如下。

一種制備三氟化氮氣體的電解槽，所述電解槽主要由隔膜、陽極、陰極、陽極室、陰極室、陽極氣體出口、陰極氣體出口、陽極掃氮及電解液入口和陰極掃氮及電解液入口組成。其中，隔膜將所述電解槽隔離成完全獨立的陽極室和陰極室；陽極室由陽極、陽極氣體出口和陽極掃氮及電解液入口組成，其中，陽極一端位于陽極室內，另一端連接有導電桿，導電桿伸出陽極室與電源連接，陽極氣體出口、陽極掃氮及電解液入口分別位于陽極兩側，陽極氣體出口在靠近隔膜一側；陰極室由陰極、陰極氣體出口和陰極掃氮及電解液入口組成，其中，陰極一端位于陰極室內，另一端連接有導電桿，導電桿伸出陰極室與電源連接，陰極氣體出口、陰極掃氮及電解液入口分別位于陰極兩側，陰極氣體出口在靠近隔膜一側。

還可以在所述電解槽中設置溫度計測量溫度，例如在陰極室的陰極掃氮及電解液入口靠近陰極室側壁一側設置溫度計。

其中，所述隔膜為經過處理的杜邦公司生產的全氟磺酸-聚四氟乙烯聚合物系列離子交換膜(Nafion膜)，所述處理方法如下：

1)將Nafion膜在80℃～85℃，于體積百分數為2％～5％的H₂O₂溶液中處理45min～90min，然后取出在80℃～85℃，水中清洗≥1h。

優選于體積百分數為3％的H₂O₂溶液中處理1h；所述水的純度≥蒸餾水的純度。