[发明专利]一种锗烷提纯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及特种气体提纯技术，特别是涉及一种锗烷提纯的方法。

背景技术

锗烷是一种重要的电子气体，用途十分广泛。粗锗烷中的杂质种类和数量因制备的方法不同而异。以锗化镁和氯化铵为原料，以液氨为反应介质制备的粗锗烷中含有一定量的氨气、砷烷等杂质，必须加以去除。

和其他的气体提纯一样，锗烷的提纯通常可采用化学处理法，精馏法和吸附法等几种方法。化学处理法是用一种对某种杂质有明显吸收作用的化学试剂处理硅烷气体，使这种杂质含量降低。这种提纯作用有明显的针对性。要充分地去除各种杂质必须用复杂的提纯过程，对每一种必须除去的杂质作化学处理，所以有较多的污染机会。往往是采用一种试剂去除某种杂质的同时，或多或少地引入了另一些杂质；精馏法是利用锗烷与混在其中的杂质氢化物的蒸汽压的差别在充分的汽液交换过程中，把锗烷中的杂质逐步降低。锗烷是低沸点物质(—88.5℃)，精馏必须在很低的温度下进行，需要消耗大量的低温冷量。所以，精馏法的利用受到一些限制；吸附提纯法是依据分子的结构，极性以及气体物理化学性质的差异所造成的吸附剂对不同物质吸附的亲和力、吸附量、吸附速度的不同，从而达到选择吸附的提纯作用。它不像化学处理法那样有明显的局限性，也不像精馏法那样仅仅利用蒸汽压的差异，所以有较多的控制余地。

在诸多的吸附剂中，硅胶的吸附选择性不强，对低浓度气体的吸附性能很差，不适与用做提纯锗烷；活性炭有广泛的吸附性能，也能吸附氨气、砷烷，但在大量存在锗烷的情况下吸附很不彻底。并且，为了加强提纯效果，需采用很低的吸附温度，不但操作不便，同时还吸附相当多的锗烷。所以，对提纯锗烷来说活性炭吸附也不是有效彻底的分离方法；分子筛吸附法作为一种投资少、操作简单而效率非常高的气体分离手段，在化工、石油和空气分离等工业已有较多应用。依据分子筛的物理性质可知，分子筛内部含有数量巨大的微孔和通道，占据分子筛约50％的体积，这样的立体网络结构使得分子筛具有非常大的内表面积(约800m²/g)，所以有很高的吸附容量和很快的吸附速度。同时，分子筛特殊的晶体构造决定了分子筛具有很好的吸附选择性。综合考虑，采用分子筛吸附提纯的方法提纯锗烷是可行的。

分子筛的吸附选择性主要表现在以下几点：

1.分子大小不同—只能吸附比自身孔径小的分子，而不吸附比自身孔径大的分子，因为后者不能进入分子筛内部。

2.分子极性不同—比孔径小的分子中，极性大的吸附得较多较牢。分子极性强弱造成的选择性还表现在取代作用上，强极性分子能优先吸附，把弱极性的分子取代出来。

3.吸附物质沸点不同—气体的吸附和气体的液化都由分子间的作用力导致。沸点高容易液化的物质容易凝聚，分子的动能小，容易被吸附；低沸点不易液化的物质则呈现出较低的吸附力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提纯锗烷的方法，即运用分子筛的吸附特性来提纯锗烷。

本发明采用的技术方案是：

根据纯度为92％～96％的粗锗烷中所含气体分子的相关物理参数以及分子筛的吸附特性，选用4A和5A两种分子筛；粗锗烷依次通过装有4A和5A分子筛的吸附柱后，用锗烷收集系统收集得到纯度为99％～99.99％的纯锗烷。

所述4A分子筛的用量＝需处理的粗锗烷量×(0.5～0.7)；所述5A分子筛的用量＝需处理的粗锗烷量×(0.2～0.4)。

色谱分析表明，粗锗烷中主要包含了水汽、氨气和砷烷等杂质。表1列出了锗烷及其主要杂质分子的相关物理参数。

表1 锗烷及其主要杂质分子的相关物理参数