大孔吸附树脂吸附三氯氢硅尾气性能研究

大孔吸附树脂吸附三氯氢硅尾气性能研究

江庆云

江庆云

新特能源股份有限公司新疆乌鲁木齐831400

摘要：本文主要研究大孔吸附树脂吸附三氯氢硅尾气的性能，阐述了三氯氢硅的性质和制作方法，对大孔吸附树脂吸附三氯氢硅尾气的各项性能进行分析，主要包括极性吸附树脂、极性吸附树脂分离柱以及溶剂与大孔吸附树脂结合的吸附性能。

关键词：大孔吸附树脂；三氯氢硅；尾气

三氯硅氢的合成过程中产生的尾气成分有氯硅烷、氯化氢和氢气，这些物质具有极大的危险性，直接排放会威胁到人类的安全与健康，但是这些物质在工业中有着重要作用，直接排放这些物质也会造成资源浪费。因此，采用大孔吸附树脂作为吸附剂，对这些物质进行回收，对社会健康发展有着重要作用。

一、三氯氢硅概述

（一）三氯氢硅性质

三氯氢硅在室温下呈无色液体状态，极容易挥发，遇湿能够产生腐蚀性较强且有毒的氯化氢气体，刺激性较强，能够腐蚀、刺激人体皮肤、吼、眼、鼻粘膜等组织。蒸汽压是53.33kPa，标准蒸发热是195.4J/g，比热容是0.96J/g℃，标准生成热是-482KJ/mol，熔点是-134℃，沸点是31.8℃，在25℃的情况下，其相对密度是1.3313。三氯氢硅是由硅粉、氢气和氯气生产出来的，是生产多晶硅的原料。生产三氯氢硅的主要方法有SICL4-H2还原法和硅氢氯化法。

（二）三氯氢硅的制作方法

硅氢氯化法主要用含硅量96%左右的硅粉、硅铜与氯化氢气体进行化学反应，用单质铁或者单质铜作为催化剂，在温度为200~800℃，0.05~3MPa的压强下，进行化学反应，反应式为2SI+7HCL→HSICL3+SICL4+3H2。先将硅粒子放入碳钢反应器中，加热到一定温度后，通入氯化氢气体，产品以多余的原料被输出，再通过除尘、精制后得到三氯氢硅，直接用于高纯多晶硅的生产。

SICL4-H2还原法主要是四氯化硅在单质铁或者单质铜作为催化剂，在400~800℃的温度以及2~4MPa的压强下，与单质硅和氢气产生化学反应，反应式为：SICL4+2H2+SI→4HSICL3。使用含硅量96%左右的硅粉，使用预活化方法去掉其表面的氧化物，能够提高HSICL3的收率。

（三）三氯氢硅尾气的特点

制造三氯氢硅的过程中，产生氯硅烷、氯化氢和氢气可以循环使用。提高尾气的使用效率，可以节约资源，提高原料的使用率，减少有害气体的排放。有效治理尾气，应根据尾气的压力、成分、特性，选择恰当的技术和工艺进行。

二、大孔吸附树脂吸附三氯氢硅尾气性能

（一）大孔吸附树脂分离技术

现常用的尾气吸附方法是大孔吸附树脂分离技术。该技术是较新的技术，可根据再生方式的差异一般分为变温吸附法和变压吸附法。吸附分离技术一般采用硅胶、氧化铝、活性炭等作为吸附剂。大孔吸附树脂吸附气体需要渗透性好、吸附快、机械强度稳定的树脂。吸附树脂分为非极性吸附树脂和极性吸附树脂，极性吸附树脂有强极性、中极性和弱极性。

（二）强极性吸附树脂的吸附性能

选择氯硅烷的吸附树脂时，可选择不同的吸附树脂进行三氯氢硅尾气吸附，哪种氯硅烷吸附量大，效率高，就可选择出合适的吸附树脂。将三种极性吸附树脂经过处理后放置吸附柱中，通气前，现通过通入水蒸气提高树脂温度，随后通入氮气，以消除树脂中的水分。树脂温度达到25℃时，从吸附柱底部通入尾气，控制流量，记下流出气体中出线氯硅烷的时间，记下树脂吸附达到饱和的时间，停止通气。通过气相色谱对气体各组分含量进行检测，强极性吸附树脂对三氯氢硅的吸附量和吸附效率高于较弱极性吸附树脂，应选择强极性树脂作为吸附尾气的媒介。

（三）强极性吸附树脂分离柱的吸附性能

本次研究中将大孔吸附树脂填充在玻璃吸附柱内，对尾气进行吸附。当尾气通过吸附柱时，吸附质将下端的树脂饱和，吸附带逐渐上移直至柱顶流出气体。流出气体中，吸附质的浓度达5%时，气体吸附量为穿透容量，吸附质的浓度达到96%左右时，吸附量即为饱和吸附容量，吸附流量选择应较大，使吸附量尽可能较大，并保证气体和固体接触的时间足够充分，提高吸附柱的利用率。该吸附是放热反应，温度越低，吸附效率越高，操作时应尽量保持较低的温度，但是温度不宜过低，避免提高能耗量，最优温度约为20℃。而吸附柱解吸是一个吸热反应，应选择较高的温度进行解吸，温度约为110℃。当氮气流量增大时，解析率增大，但氮气流量增大至一定值时，解析率减小，因此，需要控制氮气的流量，以提高树脂的解吸率，最优氮气流量为7.5L/h。解吸过程中，时间增加时，解吸率提高，当时间增加至一定值时，解析率增长变缓直至不变，因此应合理选择解吸时间，最优解吸时间为90分钟。由此可见，大孔吸附树脂吸附尾气时对流量、温度有一定的要求，解吸时，需选择一定的时间、温度和氮气流量。

（三）溶剂与大孔吸附树脂结合吸附性能

将溶剂吸附与树脂吸附结合起来进行使用时，将溶剂注满玻璃吸附柱，浸泡树脂1.5小时后，流出溶剂，并从树脂柱底部通入半小时15L/h的氮气之后，从树脂柱连续通入尾气。可以发现强极性大孔吸附树脂对氯硅烷、氯化氢的吸附率最高，吸附柱内饱和吸附量最大，穿透的体积最大，且经过溶剂浸泡后的树脂吸附能力减小，穿透体积和吸附饱和量比浸泡前要小。说明溶剂与大孔吸附树脂结合的吸附性能较单独使用大孔吸附树脂性能较差。

三、结束语

三氯氢硅的生产过程中，排放的尾气可以循环利用，而大孔吸附树脂吸附其尾气不仅可减小尾气排放对环境的污染程度，还可以节约资源，提高资源的利用率，为工业的可持续发展奠定了基础，是一项重要的吸附技术。

参考文献：

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