CN102557058A - 一种高纯三氟化硼的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高纯三氟化硼的制备方法，首先将氟硼化钠和无水硼酐放在一起研磨，然后将该混合物放在烧瓶中，加入约浓硫酸，摇动烧瓶使固体和液体充分地混匀，并在
130
℃下减压抽去过量的三氟化硼而制成。将三氟化硼从一个安瓿蒸馏到另一个安瓿里去，弃去前段馏分和后段馏分，可以部分地把三氟化硼提纯。本发明的制备方法工艺合理，制作简单，是三氟化硼制备的最简便理想的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种化工产品，特别是一种制备高纯三氟化硼的方法，适合于生产三氟化硼。
背景技术
三氟化硼是有机合成和石油化工广泛应用的一种重要催化剂，在很多有机化学反应如烷基化、聚合、异构化、加成、缩合及分解等过程中都有应用。它之所以在催化反应方面有如此广泛的应用领域，是由于硼电子层结构有生成络合物的强烈倾向，在酸性催化剂作用中产生催化活性结构，这一点非常重要。在许多反应中，以三氟化硼为基础的催化剂要比天机酸金属的卤化物催化效能更活泼，而且不致于引起不利的副反应。作为催化剂，BF
3
可以在各种形态下应用，例如以单独气态使用，或者和许多类型的无机与有机物剂一同使用；以及制成它的络合物应用。同时，它又可采用蒸馏或化学方法进行再生回收，经精制重新使用。BF
3
及其它合物在环氧树脂中用固化剂，在聚酶纤维染色、制造醇溶性酚醛树脂中也有广泛的应用。现有方法只能用硼酐B
2
O
3
与硫酸反应，成本很高，对设备腐蚀很大。
（一）有机合成催化剂
BF
3
在许多有机合成中担当催化作用。如在中分子量PIB的工业化生产中，采用BF
3
催化体系，不但能简化生产装置、缩短生产周期、降低劳动强度，而且可显著提高PIB的收率。
（二）离子渗硼
“渗硼”术语第一次在文献中出现是1917年，但有关渗硼处理层特殊的详细资料却在五十年后才出现。
渗硼或硼化，是一种应用于黑色和有色金属材料的奥氏体化学热处理，使其表面生成含硼化物的硬化层。渗硼层的硬度高达2000HV，具有良好的耐磨性和抗蚀性。
由于三氟化硼更易操作，无需在气路上加热，在炉膛内分布更均匀，且由于其硼的含量较高，故常用于离子渗硼中硼的载气。
（三）用做常温快速固化剂
BF
3
是环氧树脂常温快速固化剂。BF
3
作为固化剂需与环氧树脂分开包装，随用随酸。操作时配比误差影响粘接质量，工艺繁琐。现选择不同熔点的固体物质作为包裹材料，将BF
3
制成微型胶囊，通过囊壁阻断环氧树脂与BF3作用，从而制成单一成产品且可稳定贮存，通过囊材熔点选择释放温度，在此温度下囊材料放出BF
3
固化剂，与环氧树脂混合，促使其快速固化。且可通过选择囊材物质的黏性与分子链长，改善固化环氧树脂的柔顺性。
（四）核方法领域应用
用三氟化硼-10-乙醚络合物与氯化钙反应生成硼酸三甲酯，然后水解，经蒸浓后，得到的高纯硼酸可用于核反应堆作为中子慢化剂。
3
的某些络合物以10 BF
3
的形式富集10B，可用于分离硼的同位素。而10 BF
3
可在核方法中的比例是子计数器内用做中子吸收介质，并用于核反应堆的控制。
（五）半导体器件制造工艺的离子注入源
三氟化硼在半导体器件制造工艺中用做离子注入源，可以改善半导体器件的性能。
在元素周期表中Ⅳ族硅原子晶体是掺杂Ⅴ族原子时，因外层电子多出一个自由电子而能够导电。我们把Ⅴ族杂质称N型杂质，而把生成自由电子的原子称为给予体。当掺杂Ⅲ族原子时，与上述情况相反，因缺少一个电子而出现孔洞。在此孔内，邻近的电子可以跳入，并可按顺序移动。这种Ⅲ型杂质称为P型杂质，而生产孔的原则则称为受体。通常，磷和砷作为N型杂质使用，硼则作为P型杂质使用，这种杂质称为掺杂质。通常，掺杂质的比例为106-107个硅原子中掺杂1个杂质，以形成一个导电区。
掺杂质的方法有热扩散法和离子注入法。热扩散是把硅片置于扩散炉中，在杂质气的气氛中加热到大约1000℃，这时杂质原子便扩散进入到硅结晶中，从而形成导电区的一种方法。热扩散法通常使用的气体，对于P型有乙硼烷（B
2
H
6
），N型有磷化氢（PH3）和砷化氢（AsH
3
）。
离子注入法是在真空中把杂质原子离子化后在电场中加速，然后把离子打入晶体内的方法。离子注入法使用的气体有三氟化硼（BF3）、磷化氢和砷化氢。离子注入法因其内部安装有质量分析仪来挑选所需的离子，因此很少杂质的影响。此外，通过电场调节可以控制离子注入量，并可以调节离子注入深度及位置，因此比热扩散法优越。
（六）冶金及焊接
BF
3
能防止镁及其合金在熔融铸造时发生氧化作用，在焊接镁材时用做焊剂。它也用做钢或其他金属表面膨化处理剂的组分，还用做铸钢的润滑剂，在钛的电弧焊接中，如有BF3参与，焊缝便会有较强的抗冲击性能。
（七）合成乙硼烷
用BF
3
可以制备硼烷。它与碱金属氢化物反应成乙硼烷。与Grignard试剂反应生成有机硼化合物。
（八）医用
随着医学领域的方法进步，新的抗生素药物不断被开发出来。这些抗生素新药的合成过程需要三氟化硼气体作为催化剂。
发明内容
本发明所要解决的问题在于，克服现有方法的不足，提供一种新的制备方法。本法在萤石硼酐法的基础上，用廉价氟硫酸代替昂贵的硼酐（B
2
O
3
）,生产成本较低。
本发明公开了一种高纯三氟化硼的制备方法，其特征在于，将300-350克氟硼化钠和50-60克无水硼酐放在一起研磨，然后将该混合物放在烧瓶中，加入约300-400毫升浓硫酸，并在130℃下减压抽去过量的三氟化硼而制成；其流程：将烧瓶1（A）连接到装置中，打开活塞(4)D，将系统抽至真空；然后将活塞(4)D关闭，使产生的三氟化硼通过洗瓶E，洗瓶(5)E中装着饱和有硼酐的浓硫酸，以洗除氢氟酸和水汽，将烧瓶微微加热，会产生泡沫，当泡沫停止发生时，给反应混合物强烈地加热；三氟化硼凝聚在若干安瓿(6)F中，在一个安瓿的外部浸以液态空气，同时使其他的安瓿温热起来使熔化而流至安瓿底部。
在标准锥形接口B上使用一种润滑脂（用三氟化硼饱和1：4石蜡与凡士林混合物，并在130℃下减压抽去过量的三氟化硼而制成。将烧瓶A连接到装置中，打开活塞D，将系统抽至真空；然后将活塞D关闭，使产生的三氟化硼通过洗瓶E，洗瓶E中装着饱和有硼酐的浓硫酸，以洗除氢氟酸和水汽。将烧瓶微微加热。会产生泡沫，当泡沫停止发生时，给反应混合物强烈地加热。三氟化硼凝聚在若干安瓿F中，在一个安瓿的外部浸以液态空气即能将三氟化硼气抽入这个安瓿中，同时使其他的安瓿温热起来使熔化而流至安瓿底部。
将三氟化硼从一个安瓿蒸馏到另一个安瓿里去，弃去前段馏分和后段馏分，可以部分地把三氟化硼提纯。如果需用很纯的产品，可以用蒸馏柱来精馏三氟化硼。一次这样的蒸馏即可得到光谱纯的三氟化硼。在实验过程中必须用全玻璃仪器和不含橡胶的活塞润滑脂，因为三氟化硼很容易侵蚀橡皮。在锥形接口的外面有循环水封来防止润滑脂的熔化是很重要的，因为它熔化后会造成漏气并会将磨砂表面黏结起来。在第一次产生三氟化硼时，有些三氟化硼会被用于使硫酸饱和，因为1体积硫酸能吸收约50体积的三氟化硼气。保留住这一部分三氟化硼，其产率几乎是定量的。
本发明制备的三氟化硼的质量测定结果如下：
熔点(101.325kPa):-127.1℃
沸点(101.325KPa):-99.8 ℃
液体密度(-100.3℃,101.325kpa):1589kg/m
3
气体密度(20℃,101.325kpa):2.867kg/m
3
相对密度(空气=1.20℃,101.325kpa):2.380
比容(21.1℃,101.325kpa):0.3496 m
3
/kg
气液容积比(15℃,10OKPa):560L/L
临界温度: -12.2 ℃
临界压力:4985KPa
临界密度:594kkg/ m
3
。
本发明制备高纯三氟化硼的方法与现有技术相比，具有以下优点：
（1）本方法可以连续稳定的生产并提纯三氟化硼，解决了原有间歇精馏的不能稳定提纯的弊端。
（2）一体化生产连续精馏可以更好的利用冷量与热量，使生产成本更低。
（3）连续生产后质量稳定，可以大规模工业化生产。
附图说明：
图1为制备高纯三氟化硼的工艺流程图；其中1、烧瓶；2、标准锥形接口；3、水冷夹套；301、冷水的入口；302、冷水的出口；4、活塞；5、洗瓶；6、安瓿；7、玻璃管路；8、循环水封。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1
将300克氟硼化钠和50克无水硼酐放在一起研磨，然后将该混合物放在烧瓶中，加入300毫升浓硫酸，并在130℃下减压抽去过量的三氟化硼而制成；具体见流程图1。
实施例2
将350克氟硼化钠和60克无水硼酐放在一起研磨，然后将该混合物放在烧瓶中，加入约400毫升浓硫酸，并在130℃下减压抽去过量的三氟化硼而制成；具体见流程图1。
实施例3
如图1所示的一种制备高纯三氟化硼的方法，包括烧瓶、标准锥形接口、水冷夹套、活塞、洗瓶和安瓿，烧瓶1装在标准锥形接口2上，标准锥形接口的外面装有循环水封8，循环水封设有循环水的入口801、循环水的出口802，标准锥形接口连接玻璃管路7外装有水冷夹套3，水冷夹套设有冷水的入口301和冷水的出口302，玻璃管路上通过装有的活塞4分别与洗瓶5、安瓿6连接。制备高纯三氟化硼的工艺过程：
本法是在萤石硼酐法的基础上，用廉价氟硫酸代替昂贵的硼酐（B 2 O 3 ）,生产成本较低。首先将氟硼化钠和无水硼酐放在一起研磨，然后将该混合物放在烧瓶中。加入约浓硫酸，摇动烧瓶使固体和液体充分地混匀，在标准锥形接口2上使用一种润滑脂（用三氟化硼饱和1：4石蜡与凡士林混合物，并在130℃下减压抽去过量的三氟化硼而制成）将烧瓶1连接到装置中，打开活塞4，将系统抽至真空；然后将活塞4关闭，使产生的三氟化硼通过洗瓶5，洗瓶5中装着饱和有硼酐的浓硫酸，以洗除氢氟酸和水汽。将烧瓶微微加热。会产生泡沫，当泡沫停止发生时，给反应混合物强烈地加热。三氟化硼凝聚在若干安瓿6中，在一个安瓿的外部浸以液态空气即能将三氟化硼气抽入这个安瓿中，同时使其他的安瓿温热起来使熔化而流至安瓿底部。将三氟化硼从一个安瓿蒸馏到另一个安瓿里去，弃去前段馏分和后段馏分，可以部分地把三氟化硼提纯。如果需用很纯的产品，可以用蒸馏柱来精馏三氟化硼。一次这样的蒸馏即可得到光谱纯的三氟化硼。在实验过程中必须用全玻璃仪器和不含橡胶的活塞润滑脂，因为三氟化硼很容易侵蚀橡皮。在锥形接口的外面有循环水封来防止润滑脂的熔化是很重要的，因为它熔化后会造成漏气并会将磨砂表面黏结起来。在第一次产生三氟化硼时，有些三氟化硼会被用于使硫酸饱和，因为1体积硫酸能吸收约50体积的三氟化硼气。保留住这一部分三氟化硼，其产率几乎是定量的。
Claims (2)
1.一种高纯三氟化硼的制备方法，其特征在于，将300-350克氟硼化钠和50-60克无水硼酐放在一起研磨，然后将该混合物放在烧瓶中，加入300-400毫升浓硫酸，并在130℃下减压抽去过量的三氟化硼而制成；其流程：将烧瓶1（A）连接到装置中，打开活塞(4)D，将系统抽至真空；然后将活塞(4)D关闭，使产生的三氟化硼通过洗瓶E，洗瓶(5)E中装着饱和有硼酐的浓硫酸，以洗除氢氟酸和水汽，将烧瓶微微加热，会产生泡沫，当泡沫停止发生时，给反应混合物强烈地加热；三氟化硼凝聚在若干安瓿(6)F中，在一个安瓿的外部浸以液态空气，同时使其他的安瓿温热起来使熔化而流至安瓿底部；在标准锥形接口（2）B上使用一种润滑脂，其用三氟化硼饱和1：4石蜡与凡士林混合物。
2.权利要求1所述的制备方法，其特征在于将三氟化硼从一个安瓿蒸馏到另一个安瓿里去，弃去前段馏分和后段馏分，部分地把三氟化硼提纯或用蒸馏柱来精馏三氟化硼。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN104098105A (zh) * | 2014-07-25 | 2014-10-15 | 大连保税区科利德化工科技开发有限公司 | 一种三氯化硼的纯化方法 |
| CN106629758A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-10 | 中昊光明化工研究设计院有限公司 | 一种低温精馏提纯三氟化硼气体的工艺 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 段长强等: "《现代化学试剂手册 第一分册 通用试剂》", 30 June 1988 * |
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