[发明专利]储氟材料

说明书

技术领域

本发明涉及含有氟化碳纳米突的储氟材料(フツ素貯蔵材料)和由该储藏材料取出氟气的方法。

背景技术

在能源产业中进行铀的浓缩时，氟气从很早以前就一直被大量用于UF₆的合成中。

此外，氟气对于防水防油剂、锂电池活性物质、半导体制造用干式蚀刻剂、半导体制造用氟聚合物、高分子材料用添加剂、药物中间体等工业上有用的功能性材料的合成是不可欠缺的，其用量每年持续增长。

而且，氟气作为新时代的半导体、液晶制造用干式蚀刻剂、清洁用气体、CVD用气体，其发展受到强烈期待。

但是，氟气具有极高的反应性、腐蚀性，其储藏和处理需要极高的的技术力量，因此其利用必然显著受到限制。

即，对于储藏在金属制的气瓶中的情况，为了确保安全性，不仅需要将压力控制在约2MPa以下，而且不得不预先利用氮气等进行稀释后填充。并且，从气瓶中取出氟气时需要重重设置特殊的阀装置、减压装置、安全装置，从这些方面考虑，氟气的利用也缺乏经济性、生产率。而且即使是像这样在填充到气瓶中之前就进行了严格精制的高纯度氟气，也存在如下问题：所述高纯度氟气会被构成气瓶或阀装置的材料的腐蚀生成物(例如各种金属氟化物)污染，特别是其用于半导体制造用途时，需要另外设置精制装置等措施，等等。

另一方面，直接利用通过含有氟化氢的熔融盐的电解而产生的氟气的方法也在广泛应用，但是在使用该方法的情况下，要实施包括保安用的充足空地和施加有彻底遮蔽的电解槽室在内的周全的安全措施，并且需要确保大型整流器、精制装置、除害装置并在各处配置具有高度技术的运转人员、保安人员。并且，通电后不能立即取出高纯度的氟气，需要实施长时间的预电解。此外该方法还存在如下问题：如果持续长时间的电解，则会发生突然的阳极效应，电解常常会不可避免地被强制中断，该方法的利用极缺乏经济性、生产率。

此外，将金属氟化物用作储氟材料并通过金属氟化物的热分解来取出氟气的方法也是公知的。例如，将K₃NiF₆氟化制成K₃NiF₇，使用K₃NiF₇时使其热分解，返回到K₃NiF₆，由此能够产生氟气(昭和电工株式会社制造的氟产生装置F·Generator(エフ·ジエネ，商品名))。但是，在该方式中存在如下问题：每单位质量的K₃NiF₇的储氟量较小，理论上为7.0质量％。

相对于此，有人还提供了使用碳纤维作为储氟材料的方法(チン-チエンハン(Ching-Chen Hung)、ドナルドクセラ(Donald Kucera)，《氟化碳纤维的工业应用(Industrial applications of graphite fluoride fibers)》、NASA-CP-3109-VOL-1，p156-164(1991))。碳纤维重量比金属氟化物轻，但是其存在如下问题：尽管每单位质量氟化碳纤维的储氟量为50.7质量％，而有效取出的气体包含杂质气体最高才22质量％，并且在产生的气体中，产生10质量％以上的CF₄、C₂F₆等作为杂质的氟碳气体。此外，其在实用方面存在致命问题：随着氟的储藏-放出的循环，碳纤维发生物理性破裂，禁不起反复利用。

在日本特开2005-273070号公报中提出了将碳纳米管氟化并对所得到的氟化碳纳米管进行加热来取出氟气的方法。通过该方法提高了每单位质量的储氟量，但是氟化的反应温度为200℃时，氟化碳纳米管每单位质量的储氟量限于52.9质量％左右。氟气的取出只能通过加热来进行，氟气的取出方法的自由度较少，并且在该方法中还存在产生相当量的CF₄、C₂F₆等作为杂质的氟碳气体的问题，而且，碳纳米管随着氟的储藏-放出的循环而发生物理性破裂的问题尚未解决。