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硒化氢的工艺流程

发布时间:2018-02-04 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1496

硒化氢即硒烷,应用于半导体的掺杂,又可用于制造ZnSe, CdSe, HgSe薄膜原材料,这些薄膜用于可见光、紫外至X射线的探测器。

化学性质:硒化氢的相对分子质量等于80.98,无色难闻气体,该气体强烈刺激眼、鼻、喉,沸点为-42℃,熔点-64℃,密度2.12×103kg/m3(-42℃),临界温度141℃,临界压力22MPa,蒸气压1.01 MPa(23.4℃) ,燃烧时呈现蓝色火焰。硒化氢剧毒,10ppm即可致人死亡。

大连在2007~2010年公开两篇关于硒化氢制备和纯化方法。其中一篇用的是硒化铝做原料与水反应,见图2.49。具体过程如下:原料硒化铝与水发生反应,生成硒化氢,硒化氢中少量水采用冷凝法去除,其特征在于:继续用含有硒化铝颗粒的吸附器吸附残留硒化氢中少量水,使硒化氢气体深度干燥后,然后把硒化氢充入钢瓶内液化,装有液体硒化氢的钢瓶在低温浴下抽真空,脱除溶解在液体中的不凝气体杂质,关闭阀门得到纯化的硒化氢。分析该专利研制的硒化氢中杂质,主要有H2O,H2S,N2,O2,THC(总烃)。

Al2Se3与水反应生成的硒化氢中含饱和水蒸气,为了得到干燥的气体,经冷冻两次除水,接着用化学吸附剂(A12Se3本身),与其他干燥吸附剂相比特点是高效和方便,见图2.49的3和16。经测试水含量低于100ppm。硒化氢装入钢瓶后再一次经过纯化处理,杂质含量可以降到50ppm以下。

图2.49  硒化氢制造流程示意图

6-初生硒化氢入口;7,11-低温温度计;8,12-冰浴槽;9-硒化氢反应器;1-硒化铝颗粒填料;2-吸附器;3,16-化学纤维滤层;4-硒化氢入口;5-硒化氢出口;10-硒化氢回收钢瓶;13-制冷机;14-尾气吸收器;15-氢氧化钾;17-缓冲罐;18-放空;19-真空泵;20~24-截止阀

完成一次批次充装后,还需要集中脱去液体硒化氢中的不凝气。把液体硒化氢在负压下进行脱除。由于溶解的不凝是靠扩散方式移出液相,过程缓慢,抽真空在低温下进行,抽空时间20~40分钟,这时杂质含量为50ppm以下,2L钢瓶硒化氢充装量不得超过2800g。

后一方法采用硒化锌与酸反应,其化学反应式:

ZnSe+2H+→H2Se↑+Zn2+

具体工艺流程见图2.50,该发明提供一种新的制备硒化氢的方法,可以很方便随用随时制备,尤其可以满足有机、无机合成方面的对硒元素的需要,方法安全简单。它克服了现有的活泼硒化物水解合成硒化氢的过程所造成环境污染的缺点,以及克服了硒单质和氢直接反应合成硒化氢需要比较大的设备投资的缺点。

图2.50  硒化氢制造工艺图

1-氮气;2-反应器;3加热器;4-洗涤器;5水洗器;6-干燥器;7-接收瓶;8-冷阱

技术方案如下:①硒化锌加入反应器2中,用高纯惰性气体1吹扫整个系统,清除系统中的空气,然后加热反应器温度到50~120℃,滴加质量分数5%~100%浓度的酸,控制硒化氢与酸的摩尔比为(0.1~10) : 1;②滴加酸后,得到的气体经过4,5水洗及干燥6处理后,进入浸泡在冷阱7中的接受瓶中。硒化锌与酸反应后的残液处理方法是加入少量的过氧化氢,除去液体中的残留硒化氢,过量的过氧化氢与硒化氢反应生成稳定的单质硒,残液经过滤可以全部回收单质硒,解决了反应残液的污染环境问题。其反应式为:H2O2+H2Se→Se↓+2H2O。

实施例一:10g硒化锌加入到反应器2中,用高纯氮气吹扫整个系统,除去系统中的空气,开始加热反应器3到80℃,再滴加20ml 30%浓度的盐酸,控制反应速度,在一小时内滴加完毕,产生的硒化氢经过洗涤器4、水洗器5及干燥器6后进入接收瓶7,接收瓶7浸泡在冷阱8中,冷阱温度控制在-110℃。用气相色谱分析硒化氢的纯度为95%(体积分数),收率76%。反应结束后,反应器中液体加入过氧化氢,清除液体中硒化氢。

硒可以直接和氢在500~520℃条件下合成,产率为88%。

实施例二:500g硒化锌加入到反应器2中,用高纯氮除去系统中的空气。再加热反应器2到80℃,开始滴加1000m1 30%浓盐酸,控制反应过程,约3个小时滴加完毕,生成的气体硒化氢经过洗涤器4水洗器5以及干燥器6后进入接收瓶7,接收瓶7浸泡在冷阱8中,冷阱温度控制在-80℃。得到205g硒化氢,纯度为93%(体积分数),收率80%。反应结束后,反应器中液体加入过氧化氢20ml,清除液体中硒化氢。

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