[发明专利]一种调节电动势操纵锗烷制备的生产方法和装置

说明书

本发明提供了一种调节电动势操纵锗烷制备的生产方法及设备，它在MBH₄和GeO₂的碱性水溶液中用酸性水溶液进行酸度调节，至生成锗烷的自发反应电动势；在随后的锗烷制备过程中，监控反应液的电动势或与电动势相关的参数，来控制制备锗烷，减少原料的消耗和副产品氢的产生，当反应液的电动势或与电动势相关的参数出现异常时，通过选用手段将反应液的电动势或与电动势相关的参数值调至正常范围。本发明对反应体系定量实施有效的反应条件控制，达到高锗烷产率、低原料消耗、低副产品氢的目的，同时，本发明在提高生产的安全控制方面为实现自动化生产提供了基础，简化了锗烷制备的反应条件测控技术，提高了反应条件控制的有效性和准确性。

本发明为专利申请日为2015年8月20日，专利申请号为201510512794.4，名称为一种调节电动势操纵锗烷制备的生产方法和装置的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明属于气体生产领域，是一种涉及氢化物还原锗化合物的过程并通过电动势操纵生产高产率甲锗烷(GeH₄简称锗烷)、乙锗烷(Ge₂H₆)等的方法，尤其适用于锗烷的生产。

技术背景

锗烷是一种很有前途的锗膜和锗硅合金的先体，是半导体工业中颇有吸引力的特种气体之一。但是，现有锗烷的制备方法主要因控制难度大，消耗原材料多，设备昂贵等原因导致生产成本过高，造成锗资源浪费严重。

申请号为200910095214.0的中国专利文献公开了一种在液氨介质中用锗化镁与氯化铵反应的方法制得锗烷。由于液氨介质不易处理，能耗大，分离提纯困难，不宜进行实质性生产应用。

申请号为200910155708.3的中国专利文献公开了一种用四氯化锗在四氢呋喃介质中与氢氧化钠和硼氢化钠反应制取锗烷的方法。由于该方法使用有机溶剂四氢呋喃，产品中杂质不易分离，提纯困难，进行实质性生产高纯度锗烷难度很大。

美国专利局1987年授权了从水溶液中制取锗烷的生产方法(US 4668502)。这种方法采用简单的浓度计量法，改进了J.E.Drake和W.L.Jolly 1962年报道的酸化方法，使用含硼氢化钾的氧化锗碱性水溶液，经硫酸酸化后制得了较高产率的锗烷。然而，该方法的实际应用参数复杂，对泡沫及副产品氢的形成缺乏控制方法，重复性差而优化困难，保持有效的高产率生产难度很大。

总之，现有制备锗烷的方法缺乏有效的控制能力，实际应用难度大，成本高。

发明内容

根据氧化-还原反应的电极电势工作原理，对于用还原法从锗化物制取锗烷的反应过程，可以从分析有关的元素电势图、标准电极电势和反应电动势入手，深入理解反应条件和产率之间的关系。从下列元素电势图可以看出，酸性条件下的电极电势与碱性条件下的电极电势差异很大。

E°_A：酸性溶液中的标准电极电势

E°_B：碱性溶液中的标准电极电势

根据下列标准电极电势和相应的氧化-还原反应的电动势可以认识到，制取锗烷只有在酸性条件下可以进行：

GeO₂+8H⁺+8e＝GeH₄+2H₂O E°_A＝-0.4V

B(OH)₃+7H⁺+8e＝BH₄^-+3H₂O E°_A＝-0.481V