[发明专利]一种氧化铝脱氟剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于三氟化氮无水分解反应的薄壳空心形氧化铝脱氟剂的制备方法。

背景技术

人为排放的温室气体导致地面温度日趋上升，引起了人们的广泛关注。三氟化氮(NF₃)是重要的温室气体之一，其温室效应潜值是CO₂的17200倍，大气寿命约740年。NF₃是一种电子工业使用的等离子刻蚀气和清洗气，使用后的NF₃废气如不经处理直接排放到大气中，将对生态环境造成严重危害。

现行的NF₃废气处理方法，有：高温煅烧法、催化水解法、无水分解法。其中，高温煅烧法要求煅烧温度达到1000℃以上才能得到较高的NF₃分解率，能耗非常高。催化水解法分解NF₃废气，是在催化剂的作用下三氟化氮和水反应，生成氮氧化物和氟化氢气体[Takubo等.Catal.Commun.,2009,11,147-150；Jeon等,Chem.Commun.,2003,1244-1245]，氟化氢气体遇水生成氢氟酸，对反应器有强腐蚀作用，操作流程复杂。而无水条件下三氟化氮与金属氧化物(脱氟剂)之间直接反应，三氟化氮中的氟元素以金属氟化物的形式被固定下来(金属氟化物是一种有用的化学品，如：用作冶炼铝的助熔剂，以降低电解质的熔化温度，提高电解质的导电率)，实现氟资源的回收再利用，且不产生氟化氢气体，对反应器无腐蚀，操作简单，优于催化水解法和高温煅烧法。Vileno等人[Chem.Mater.,1996,8,1217-1221]较早研究了NF₃在Al₂O₃脱氟剂上的无水分解反应，发现400℃下NF₃可在Al₂O₃上完全分解，但NF₃全分解时间只有4小时，X射线衍射分析表明：Al₂O₃的利用率不高，只有一部分Al₂O₃转化成了AlF₃(反应后表层是AlF₃，内层仍是Al₂O₃)，这是因为：Al₂O₃与NF₃反应时，表层Al₂O₃转化成了低表面积的AlF₃，导致脱氟剂的孔道变窄，NF₃扩散速度降低，使得内层的Al₂O₃难与NF₃反应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种氧化铝脱氟剂的制备方法。

本发明另一个所要解决的技术问题是，上述方法提供了一种薄壳空心形氧化铝脱氟剂，该脱氟剂具有薄壳空心形结构，与NF₃反应时，有利于NF₃气体的扩散，脱氟剂的反应活性和利用率显著提高。

本发明再一个所要解决的技术问题是，提供一种薄壳空心形氧化铝脱氟剂用于三氟化氮无水分解反应的脱氟用途。

本发明提供的技术方案是：一种用于三氟化氮无水分解反应的薄壳空心形氧化铝脱氟剂的制备方法，步骤如下：以葡萄糖为原料180℃水热合成碳球；然后在碳球表面过量浸渍硝酸铝和尿素的混合水溶液，其中铝原子与碳球的质量比为0.109～0.207，最佳质量比为0.182；尿素分子与铝原子的摩尔比为3.5～5，最佳摩尔比为4；然后，在碳球表面水热合成氢氧化铝，合成温度为110～130℃，最佳合成温度为120℃；然后，空气中600℃焙烧所述氢氧化铝除去碳球，同时碳球表面的氢氧化铝脱水分解为薄壳空心形氧化铝。

本发明的另一技术方案是：上述方法制备出的薄壳空心形氧化铝脱氟剂，具有薄壳空心形的结构。

本发明的再一技术方案是：上述一种薄壳空心形氧化铝脱氟剂，用于三氟化氮无水分解反应的脱氟用途。

本发明具有以下特点：

(1)本发明制备的氧化铝脱氟剂，具有薄壳空心形结构，有利于三氟化氮气体的扩散，脱氟剂反应活性和利用率高。