[發明專利]一種三甲基硼的制備系統

有效

• 申請號: 202210780990.X
• 申請日: 2022-07-05
• 公開（公告）號: CN115055135B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 馬建修;靖宇;杜文東
• 申請（專利權）人: 福建福豆新材料有限公司;舟山福元企業管理合伙企業（有限合伙）
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;C07F5/02;C07F3/02
• 代理公司: 蘇州瞪羚知識產權代理事務所(普通合伙) 32438
• 代理人: 張宇

一種三甲基硼的制備系統，涉及三甲基硼制備技術領域。上述三甲基硼的制備系統包括格氏試劑制備裝置和低溫反應裝置；格氏試劑制備裝置包括三級串聯且外側設置有加熱裝置的反應釜，反應釜均連接至鎂加料罐；低溫反應裝置包括反應器、通過管道連通至反應器上方的三氯化硼儲罐、連接至反應器下方的惰性氣體置換組件；反應器包括殼體、設置在殼體內的上方且連通至格氏試劑制備裝置和三氯化硼儲罐的分流器、多個連通至分流器下方且開設有過濾孔的分液管；殼體外側和管道外側設置有冷卻裝置。上述系統通過高溫的格氏試劑制備裝置和低溫反應裝置將高溫的第一步格氏試劑制備和低溫的第二步格氏反應分開，降低了格氏反應的溫度，提高了整個工藝的安全性。

技術領域

本發明涉及三甲基硼制備技術領域，具體而言，涉及一種三甲基硼的制備系統。

背景技術

三甲基硼主要應用于硅薄膜太陽能電池，作為P型摻雜源。與乙硼烷相比，用三甲基硼摻雜可以大幅度降低P材料中的B-B鍵和B原子的密度，從而有效減少材料中的缺陷態密度，提高摻雜效率。加之，三甲基硼穩定性好，毒性小，污染小，制成的硅薄膜太陽能電池轉換率高，能夠制備出寬光學帶隙且高電導的優質P型材料，三甲基硼比乙硼烷在非晶硅太陽能電池制備上具有更廣闊的前景，從長遠看有取代乙硼烷的趨勢。隨著先進制程的發展，三甲基硼被認為是富硼P型光電芯片制造中必不可缺的摻雜源。

目前，三甲基硼的主流合成方法是：第一步制備格氏試劑，一般采用鎂與鹵代甲烷反應得到；第二步為三氟化硼與格氏試劑反應（也稱格氏反應），得到三甲基硼，同時析出的鹵化鎂（氯化鎂或溴化鎂）會析出成為晶體。其中，第一步格氏試劑的制備原理是鎂原子和碳鏈直接相連，在極化結果的作用下碳原子呈現負電性質。

其中反應方程式如下：

（1）第一步制備格氏試劑：

CH₃X + Mg → CH₃MgX （其中X=Cl或Br），溶劑為乙醚、四氫呋喃，一般為室溫。

（2）第二步發生格氏反應制備三甲基硼：

CH₃MgX + BCl₃→ B(CH₃)₃+ MgClX（鹽析出晶體）

第二步反應較活潑，很容易反應過熱、爆鳴、噴料。

上述合成方法的難點在于：

1、第二步反應中，CH₃MgBr或CH₃MgCl非常活潑，在與三氟化硼反應過程中，不但容易生成B(CH₃)₃，接枝的甲基還容易變成乙基，生成B(CH₃)₂(C₂H₅)，B(CH₃)(C₂H₅)₂和B(C₂H₅)₃等雜質。而以上雜質中最難分離的是B(CH₃)₂(C₂H₅)。因為側鏈只多了一個碳，沸點非常接近，約在-20℃。傳統的精餾方法，很難將B(CH₃)₂(C₂H₅)去除。通常，為了提高分離系數，采用真空精餾方法，使沸程下降至約-90℃，所以剛啟動真空裝置上述硼的甲基、乙基系列的衍生物在常溫就一并被帶出了，難以分離。

在傳統的格氏反應過程中，反應器是采用一個的，并且是間歇進行的，第一步和第二步是同時進行的，所以第二步進行時，第一步格氏試劑可能還在繼續，這樣溫度不均衡、反應平行進行，導致第二步格氏反應副反應很多，就會產生大量的乙基硼雜質。到后續分離工藝時，還未來得及低溫分離出雜質，產品B(CH₃)₃和副產物B(CH₃)₂(C₂H₅)均一同被采出。