[发明专利]砷纳米颗粒及其制备方法、电解制砷烷的系统和方法

说明书

本发明提供了一种砷纳米颗粒及其制备方法、电解制砷烷的系统和方法。该制备方法包括：步骤S1，在密闭容器内，在真空条件下加热使砷单质升华，形成等离子状态的砷蒸气；步骤S2，向密闭容器内充入惰性气体或氮气，使密闭容器内压力升高；步骤S3，使砷蒸气与密闭容器内的冷却装置接触，砷蒸气凝结形成砷纳米颗粒。上述制备方法利用金属蒸气原子在高温下与气体原子发生碰撞而失去能量凝聚形成纳米尺寸的团簇并在骤冷条件下聚集起来形成纳米级别的砷纳米颗粒。所得到的砷纳米颗粒表面具有的不饱和性以及氢离子的高反应活性，应用于电解制砷烷时不需要配置大量的阴极电解液，进而降低了含砷废液的产生，从而实现了降低危废物的产生。

技术领域

本发明涉及砷烷制备领域，具体而言，涉及一种砷纳米颗粒及其制备方法、电解制砷烷的系统和方法。

背景技术

在半导体行业、太阳能行业、LED行业、平板显示行业和光纤行业快速发展的今天，砷烷等电子气体的工艺使用范围越来越广泛。电子气体一般都是有毒气体、易燃易爆气体，而电子气体中的杂质去除和提纯过程是很大的难题，电解法制砷烷能够从原材料上减少杂质的引进，大大简化了砷烷的提纯工艺，因此电解法制砷烷是未来解决气体供应难题的一个比较好的途径。

目前，电解法制备砷烷气体所用的原料主要以单质砷和三氧化二砷为主。用三氧化二砷作为原料，在电解过程中会有副产物砷单质以颗粒的形式存在电解液中，并沉积在电解设备及管路中，需要定期清理电解槽及其管路系统；且三氧化二砷在溶液中溶解度低，电解制砷烷需要配大量的溶液，溶液产生大量的含砷废液。公开号为CN101463485A的专利申请公开了使用砷棒作为阴极的电解装置，砷棒采用塑料隔片定位在不锈钢管中以确保砷棒不接触不锈钢外壳，该砷棒的使用效率较低，当单质砷电解效率低于某个数值时，就要停机更换阴极，造成单质砷浪费，并增加危险废弃物的处理费用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种砷纳米颗粒及其制备方法、电解制砷烷的系统和方法，以解决现有技术中的电解法制砷烷由于阴极选择不恰当产生危废物的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种砷纳米颗粒的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，在密闭容器内，在真空条件下加热使砷单质升华，形成等离子状态的砷蒸气；步骤S2，向密闭容器内充入惰性气体或氮气，使密闭容器内压力升高；步骤S3，使砷蒸气与密闭容器内的冷却装置接触，砷蒸气凝结形成砷纳米颗粒。

进一步地，上述步骤S1包括：利用氮气对密闭容器进行气体置换；停止气体置换后对密闭容器抽真空至压力在10^-5Pa以下；加热密闭容器并使密闭容器在500～700℃下保温，此时砷单质升华形成砷蒸气。

进一步地，上述步骤S2包括：向密闭容器内充入惰性气体或氮气至密闭容器内压力达到490～510Pa，优选惰性气体或氮气的流量由25～35sccm逐渐升高至150sccm。

进一步地，上述冷却装置中的冷却介质为液氮。

根据本发明的另一方面，提高了一种砷纳米颗粒，该砷纳米颗粒的粒径为10～100nm或砷纳米颗粒采用上述任一种的制备方法制备而成。

根据本发明的又一方面，提供了一种电解制砷烷的系统，系统包括：电解槽，具有相互隔离的阴极室和阳极室，阴极室具有阴极电解液，阳极室具有阳极电解液；阴极，设置在阴极室内；阳极，设置在阳极室内，阴极为惰性金属，阴极电解液包括砷纳米颗粒。

进一步地，上述砷纳米颗粒的粒径为10～100nm；优选阴极电解液中砷纳米颗粒的浓度为0.5～1g/mL，优选阴极电解液还包括硫酸溶液和/或硫酸钠溶液，优选阴极为铜、铅、锌、钨中的任意一种。

进一步地，上述阳极包括支撑金属和设置在支撑金属上的惰性涂层，优选支撑金属为钛板或钛网，优选惰性涂层为氧化铂层、氧化铅层、二氧化钇层或二氧化钌层，更优选阳极电解液为硫酸溶液和/或硫酸钠溶液。