Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
148
тересный факт превышения емкости силикагеля АСМ, полученной при проведении процесса в паровой фазе при 40° С над емкостью силикагеля при проведении процесса в жидкой фазе при 20° С во всем диапазоне концентраций от 2,6 до 9,0- 10~8 %• Аналогичные результаты были получены при адсорбции РС13,
СаСЬ и FeCl3 из SiCl4 на силикагеле АСМ при значительно бо-
Вытяжная вентиляция
Рис. 22. Схема установки для очистки газообразных веществ:
1 9 — предохранительные склянки; 2 - нагреватель испарителя; 3 — испаритель; 4—6 — сорб-ц'нонные колонки; 7 —эмеевиковый конденсатор; 8 — холодильник; 10 — гидравлический затвор; // —сборник; 12 — патрон с цеолитом; 13 —электростатический фильтр.
лее высокой температуре (65° С) [43]. Алюмогель показал различные емкости в паровой и жидкой фазах при разных концентрациях, при этом переходная концентрация отвечала 3- Ю-5 %• В целом парофазный вариант оказался значительно более эффективным, что объясняется, по мнению автора, проявлением хемосорбционного механизма поглощения при повышенных температурах.
Адсорбционные процессы в жидкой фазе проводят в кварцевых колонках, размеры которой должны обеспечивать 20-кратное отношение высоты к диаметру. Для исследований
149
используют колонки диаметром 15 мм и высотой 30—60 сл. Зернение сорбента отвечает фракциям 0,5—1,0 или 0,1—0,5 мм, в зависимости от типа сорбента. Применяемые скорости потока жидкости обычно невелики и изменяются в пределах 0,25—1,25 мл/ (см2- мин) [53] или 1,43—2,21 мл/(см2 • мин) [42]. При небольших размерах слоя адсорбента (~2г) с размерами 100X6 мм скорость потока не превышает 10 мл/(см2-ч) [33].
Установка для работы в паровой фазе несколько сложнее, нежели в жидкой фазе. На рис. 22 приведена полная схема установки для очистки гидролизующихся веществ в паровой фазе на составном адсорбенте. Такая установка требует специального стенда и щита управления. Особенностью данной схемы является применение газа-носителя для транспорта паровой фазы в колонки. Это снимает необходимость теплоизоляции всей установки с целью предотвращения конденсации паров и значительно снижает возможность внесения загрязнений. При необходимости количественного расчета процесса требуется учитывать равновесие жидкость — пар в испарителе. В качестве газа-носителя может быть использован очищенный и осушенный на цеолитах азот [40]. Адсорбционные установки должны предусматривать термическую обработку адсорбента прямо в колоннах в токе осушенного инертного газа, в противном случае при перегрузке подготовленного адсорбента происходит поглощение примесей из воздуха. Температура термической обработки для различных адсорбентов находится в пределах 200—400° С. В существующих схемах глубокой очистки веществ регенерацию адсорбента не производят, после отработки его заменяют новой партией.
НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ТИПЫ СОРБЕНТОВ
Силикагели
Даже беглое ознакомление с литературой по очистке веществ для полупроводниковой техники методом адсорбции позволяет заметить, что силикагели нашли наибольшее применение на конечной стадии очистки. Объясняется это не только повышенной адсорбционной активностью по отношению к примесям различной химической природы, но и сравнительной легкостью и возможностью получения его в высокочистом состоянии в лабораторных условиях.
По получению, свойствам и применению силикагелей имеется обширная литература [55—60]. Ведущее место в исследовании адсорбционных свойств силикагелей принадлежит советским ученым А. В. Киселеву, И. Е. Неймарку, М. М. Дубинину, С. П. Жданову. Согласно современным представлениям, сили-кагель имеет глобулярную структуру, скелет его состоит из сросшихся и контактирующих между собой сферических частиц,
150
Поры представляют собой пустоты и зазоры между частицами. Таким образом форма пор в силикагеле сложнее, чем капиллярная. Размеры и форма пор зависят от размеров и плотности упаковки сферических частиц, поверхность которых составляет внутреннюю поверхность пор. Корпускулярное строение характерно также и для другого типа высушенных гелей — алюмо-гелей [1].
Наиболее важным и характерным свойством силикагелей является их резко выраженная гидрофильность. Силикагель известен, прежде всего, как эффективный осушитель. В то же время силикагель хорошо сорбирует пары многих органических веществ, сероводород, аммиак и сернистый газ [61], в связи с чем его применяют для очистки и извлечения различных газов и паров. Силикагели применяют в каталитических процессах. Высокая адсорбционная активность, проявляемая силикагелем по отношению к веществам различной химической природы, позволяет использовать его для одновременной очистки от ряда примесей.
Силикагель — гетерополярный сорбент. Поверхность силикагелей в химическом отношении неоднородна и адсорбционные свойства в сильной степени зависят от содержания в нем влаги.
Высушенный силикагель всегда содержит некоторое количество воды, при этом только часть ее удерживается адсорбционными силами. Остальная — прочноудерживаемая вода — связана химически и удаляется лишь путем прокаливания при высоких температурах [59, 60]. Она находится внутри пор в виде гидроксильных групп, выстилающих поверхность силикагелей. На каждый атом кремния приходится приблизительно одна ОН-группа [61]. Химические свойства поверхности других видов двуокиси кремния, кварца, аэросила, аэрогеля аналогичны.
