Получение трифторида азота электрохимическим фторированием аммиака

• Автор: Суворов, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ..

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ПРОБЛЕМА ПОЛУЧЕНИЯ

ТРИФТОРИДА АЗОТА.

1.1 Свойства трифторида азота

1.2 Применение трифторида азота в микроэлектронике

1.3 Методы синтеза трифторида азота.

1.3.1 Синтез из элементов

1.3.2 Синтез из соединений.

1.3.3 Электрохимические методы синтеза.

1.4 Методы глубокой очистки трифторида азота

1.5 Физикохимические свойства расплавов системы НР
1.6 Аналитическое определение примесей трифторида азота.
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА И ОЧИСТКИ
ТРИФТОРИДА АЗОТА.
2.1 Химическое равновесие в расплавах системы ЫНдРНР.
2.2 Термодинамическая модель состояния расплава системы
МТНР.
2.3 Расчет термодинамического равновесия в расплавах системы ЫНИР
2.4 Термодинамический анализ процесса электрохимического
синтеза
2.4.1 Расчет химического равновесия в расплавах системы
ШдрШ7.
2.5 Термодинамический анализ дистилляционных методов
очистки трифторида азота
2.5.1 Расчет фазового равновесия жидкость пар.
2.5.2 Расчет мольного объема жидкостей
2.5.3 Расчет зависимости давления насыщенного пара от температуры
2.5.4 Равновесие жидкость пар в бинарных системах на
основе трифторида азота
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ТРИФТОРИДА АЗОТА
3.1 Методика определения содержания примесей в трифториде
азота газохроматографическим методом
3.2 Описание экспериментальной установки для электрохимического синтеза трифторида азота
3.3 Приготовление электролита
3.4 Методика проведения эксперимента.
3.5 Закономерности процесса электрохимического
фторирования аммиака
3.6 Обсуждение результатов.
ГЛАВА 4. УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИФТОРИДА
4.1 Описание установки.
4.1.1 Диспропорционирование примесей продуктов
неполного фторирования азота
4.1.2 Фракционированная перегонка трифторида азота
4.2 Полученные результаты
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Данный метод синтеза трифторида азота характеризуется высоким выходом целевого продукта, однако обладает рядом недостатков необходимость работы с элементарным фтором, работа при повышенных температурах, периодичность процесса, загрязнение трифторида азота взрывоопасными продуктами неполного фторирования азота, а также загрязнение трудноудалимой и лимитируемой в микроэлектронике примесыо тетрафторида углерода. Метод электрохимического фторирования аммиака лишен указанных недостатков, так как позволяет получать трифторид азота свободный от трудноудалимых примесей непосредственно на стадии синтеза, что значительно упрощает процесс его глубокой очистки и повышает выход высокочистого продукта. Поэтому задача разработки электрохимического синтеза трифторида азота является актуальной. Благодаря этому в литературе мало публикаций, касающихся как способов синтеза трифторида азота, так и свойств исходного сырья для его получения. Целью данной работы является установление закономерностей процесса синтеза трифторида азота методом электрохимического фторирования аммиака и создание электрохимического способа получения трифторида азота. Разработка модели термодинамического состояния системы ЫН4Р
2. Установление с помощью предложенной модели состояния закономерностей, описывающих химическое, электролитическое равновесие и равновесие жидкостьпар в системе ЫРРНР. Разработка методики газохроматографического анализа трифторида
4. Изготовление экспериментальной установки для электрохимического синтеза трифторида азота. Путем расчета равновесного состава системы 4 на основе данных по упругости паров показано, что в данной системе идет диссоциация растворителя и фтористый водород проявляет свойства кислоты средней силы. Исходя из данных о составе электролита и представлений о постадийности реакций предложен механизм образования анодных продуктов при электролизе расплава фторида аммония, заключающийся в адсорбции на поверхности анода молекул аммиака с последующим их фторированием элементарным фтором. В результате измерения состава анодного газа в разных условиях установлено, что отсутствие трифторида азота в начальном периоде электролиза не связано с наличием влаги в электролите, как считалось ранее, а связано с образованием на аноде пленки фторида никеля, на которой и происходит фторирование аммиака. Разработана методика расчета химического, электролитического равновесия и равновесия жидкостьпар в расплавах системы 4. Разработана методика газохроматографического анализа трифторида азота, позволяющая количественно определять лимитированные примеси на уровне 1 . Разработана технология получения трифторида азота, включающая в себя электрохимический синтез, диспропорционирование продуктов неполного фторирования азота и фракционированную перегонку. Разработана конструкция электролизера, включающая конденсаторы фтористого водорода, наличие которых повышает безопасность и экологичность процесса. Разработан способ приготовления электролита в электролизере, оборудованном конденсаторами фтористого водорода. Изготовлена опытная установка для получения трифторида азота. ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. Химические и физикохимические свойства трифторида азота подробно описаны в 1. Молекула трифторида представляет собой равностороннюю тригональную пирамиду с атомом азота в вершине. Дипольный момент равен 0, И. Из всех данных о молекулах других фторидов азота следует, что связь ЫБ ковалентная. Энергии диссоциации связей ЫБ в молекуле трифторида, определенные массспектрометрическим методом, равны Мр2Р 0 кДжмоль, Р 2 кДжмоль, ЫР 8 кДжмоль 1. Термодинамические свойства трифторида азота представлены в таблице 1. В реакциях трифторид азота проявляет себя как окислитель. Однако реакции окисления протекают лишь при температуре выше 0 С в этих условиях он ведет себя как фторирующий агент, причем фторирует преимущественно один атом фтора, а группа ИР2 димеризуется в тетрафторгидразин. В жестких условиях могут фторировать второй и третий атомы фтора с образованием дифтордиазинов и азота, однако благодаря термической нестабильности дифтордиазинов продуктами реакции остаются только Ы2Р4 и Ы2. Таблица 1. Давление пара Р, мм рт. Р 6,6 1,3Т ,3 7 от минус 3,9 до минус 9 С Ратм 4,4 3,0Т от минус 9 до минус , С
Энтальпия образования ДН0г.