[發明專利]一種砷烷和氯氣聯合電解裝置和使用其的砷烷和氯氣聯合電解方法

在審

• 申請號: 201910690626.2
• 申請日: 2019-07-29
• 公開（公告）號: CN112301367A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 趙青松;寧紅鋒;閆東升;南建輝;張少雷
• 申請（專利權）人: 東泰高科裝備科技有限公司
• 主分類號: C25B1/46
• 分類號: C25B1/46;C25B1/01;C25B9/23;C25B11/02;C25B11/052;C25B15/08
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供了一種砷烷和氯氣聯合電解裝置和使用其的砷烷和氯氣聯合電解方法。所述裝置包括：電解槽，電解槽中設置陽離子半透膜，陽離子半透膜將電解槽分為陽極電解槽和陰極電解槽，陽極電解槽中設置陽極膜電極，陽極電解槽連通有陽極電解液進料管、陽極電解液出料管和氯氣出料管；陰極電解槽中設置砷陰極，陰極電解槽連通有陰極電解液進料管、陰極電解液出料管和砷烷出料管。所述方法包括：在陽極電解槽中用陽極膜電極電解含有氯鹽的陽極電解液，得到氯氣，氯鹽中的陽離子通過陽離子半透膜進入陰極電解槽；同時在陰極電解槽中用砷陰極電解陰極電解液中的水，得到砷烷。本發明提供的裝置實現了同時產生高純砷烷和高純氯氣。

技術領域

本發明屬于高純電子氣體制備領域，涉及一種砷烷和氯氣聯合生產裝置和生產方法，尤其涉及一種砷烷和氯氣聯合電解裝置和使用其的砷烷和氯氣聯合電解方法。

背景技術

在半導體行業、太陽能行業、LED行業、平板顯示行業和光纖行業快速發展的今天，高純砷烷氣體和高純氯氣的工藝使用范圍越來越廣泛,高純砷烷和高純氯氣都是劇毒氣體，高純砷烷還是易燃易爆氣體。普通的化學合成法制得的高純砷烷氣體中的雜質含量高，去除氣體雜質和提純砷烷過程是很大的難題，電解法制砷烷直接采用高純單質砷或高純含砷原料，能夠從原材料上減少雜質的引入，大大簡化了砷烷的提純工藝，電解法制砷烷是未來解決氣體供應難題的一個比較好的途徑。另外電解法制砷烷的砷的轉化效率高，危險廢棄物排放少，環保壓力小，在國內日益嚴峻環保壓力下，電解制法砷烷工程實施可行性和經濟性表現出越來越明顯。

高純砷烷氣體的鋼瓶一般內部充裝23.5kg液態砷烷，高純氯氣電子氣體一般是采用250kg儲罐儲存液態氯氣，這些氣體若出現泄露就會引起非常嚴重的事故。

高純氯氣的使用范圍越來越廣，氯氣也是劇毒氣體。直接采用高純氯化鈉原材料電解法制高純氯氣可以簡化氯氣的純化過程，可以就近在線方法提供高純氯氣。

然而現有的砷烷及氯氣制備方法存在過程繁瑣，操作困難，成本高，不利于大規模生產等問題。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種砷烷和氯氣聯合電解裝置和使用其的砷烷和氯氣聯合電解方法。本發明提供的裝置能夠同時電解制備砷烷和氯氣兩種氣體，并且可以在需要使用的時候實時生產這兩種氣體，能夠滿足砷化鎵太陽能產線對電子氣體的需求。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種砷烷和氯氣聯合電解裝置，所述裝置包括電解槽，所述電解槽中設置陽離子半透膜，所述陽離子半透膜將電解槽分為陽極電解槽和陰極電解槽；

所述陽極電解槽中設置陽極膜電極，所述陽極電解槽連通有陽極電解液進料管、陽極電解液出料管和氯氣出料管；

所述陰極電解槽中設置砷陰極，所述陰極電解槽連通有陰極電解液進料管、陰極電解液出料管和砷烷出料管。

本發明提供的裝置中，陰極電極槽用于盛放陰極電解液，并用砷陰極進行電解反應制備砷烷。陽極電解槽用于盛放陽極電解液，并用陽極膜電極進行電解反應制備氯氣，同時陽極電解液中的陽離子通過陽離子半透膜進入陰極電解槽中。

本發明提供的裝置中，陰極電解液進料管和陰極電解液出料管分別用于向陰極電解槽通入陰極電解液和從陰極電解槽排出陰極電解液，因為隨著電解的進行，陰極電解槽中的陰極電解液的陽離子濃度會越來越濃，需要通過陰極電解液的循環處理以保證陰極的正常電解。而陽極電解液進料管和陽極電解液出料管分別用于向陽極電解槽中通入陽極電解液和從陽極電解槽排出陽極電解液，因為隨著電解的進行，陽極電解槽中的陽極電解液中溶質的濃度會越來越低，需要通過陽極電解液的循環處理以保證陽極的正常電解。

本發明中，陰極電解槽和陽極電解槽之間通過陽離子半透膜隔開，可以保證陽極電解產生的陽離子通過陽極半透膜進入陰極電解槽中，而不允許其他離子透過半透膜進入陰極電解槽。