CN110756229A - 惰性气体纯化材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的惰性气体纯化材料的制备方法，用于对惰性气体除杂，包括步骤：氧化物制备，所述氧化物制备包括选取适量的氧化物，所述氧化物为过渡金属氧化物或过渡金属氧化物矿石；催化剂溶液配制，配制适量的催化剂溶液，所述催化剂溶液为稀有金属盐溶液；基体配制，将所述适量的催化剂溶液与所述适量的氧化物混合、干燥，然后在500‑1000℃条件下煅烧，煅烧时间为10‑14h，即得所述惰性气体纯化材料。本发明惰性气体纯化材料的制备方法，其工艺控制简单、制备效率高；原料选取容易，制备成本低；制备的惰性气体纯化材料可循环多次使用，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于单晶硅材料制备技术领域，具体涉及一种惰性气体纯化材料的制备方法。
背景技术
在单晶硅、多晶硅等晶体生长过程中，需要向炉内引入惰性气体，稳定炉压，并且带走挥发物及氧化物等杂质，提高晶体生长的稳定性及产品品质。现有的晶体生长用惰性气体，如氩气，多为一次性使用。从直拉单晶炉、多晶铸锭炉等设备中，收集到使用过的惰性气体含有一氧化碳、碳氢化合物等杂质而使其纯度降低。为提高回收气体的纯度，需要反应器对惰性气体中杂质进行去除或氧化，反应器内填充有气体纯化材料。
气体纯化材料的制备需要用到催化剂。申请日为2016年11月24日、申请号为201611042389.1、公开日为2018年6月1日、公开号为CN108097244A的中国专利，公开一种负载型钌催化剂的制备方法，主要包括将含钌前驱体加热到450-1200℃，形成挥发性钌物种；通过载气将挥发性钌物种迁移到预加热到450-1200℃的载体材料上进行吸附沉积，沉积时间0.5-48小时，降温后得到负载型钌催化剂。载体材料可以是氧化铝、氧化铜、氧化铁等过渡金属氧化物，或复合氧化物如镁铝尖晶石、水滑石等。该专利通过加热催化剂前驱体形成挥发物再沉积到载体材料上制备负载型催化剂，通过气相沉积的方式制备催化剂，存在制备效率不高、工艺控制复杂等问题。
因此有必要提供一种惰性气体纯化材料的制备方法，能够制备用于对惰性气体除杂的气体纯化材料；同时需要满足制备效率高、工艺复杂性低的要求，能够降低实际生产过程中惰性气体的提纯成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种惰性气体纯化材料的制备方法，制备的纯化材料用于对惰性气体进行除杂，该制备方法工艺简单、原料选取方便、制备成本低。
本发明所采用的技术方案是：惰性气体纯化材料的制备方法，用于对惰性气体除杂，包括以下步骤：
氧化物制备：所述氧化物制备包括选取适量的氧化物，所述氧化物为过渡金属氧化物或过渡金属氧化物矿石；
催化剂溶液配制：配制适量的催化剂溶液，所述催化剂溶液为稀有金属盐溶液；
基体配制：将所述适量的催化剂溶液与所述适量的氧化物混合、干燥，然后在500-1000℃条件下煅烧，煅烧时间为10-14h，即得所述惰性气体纯化材料。
优选的，所述过渡金属氧化物为氧化铜、氧化铁、氧化镁、氧化钛或氧化锰中的至少一种或多种；所述氧化物矿石为铁矿石、铜矿石或锰矿石中的至少一种或多种。
优选的，所述稀有金属盐溶液为钌盐溶液、钯盐溶液、铂盐溶液中的至少一种或多种。
进一步的，所述氧化物制备步骤，还包括对选取的所述氧化物进行粉碎、筛分的步骤，获得250-2000μm的氧化物颗粒；将所述选取的氧化物或所述氧化物颗粒洗涤、干燥。
事例性的，所述基体配制步骤，包括利用初湿含浸法，制备包含所述催化剂溶液和所述干燥后的氧化物或氧化物颗粒的混合物；然后干燥所述混合物，烘干去除水分，形成前驱体；最后，在500-1000℃条件下煅烧所述前驱体，煅烧时间为10-14h，煅烧时通入适量气体，如氩气、氮气或空气。
优选的，所述氧化物制备步骤中，若选取的氧化物为粉末状，其平均粒径为10-100um，所述基体配制步骤，进一步还包括配置适量的粘合剂，并与所述煅烧后的前驱体混合，增加所述煅烧后的前驱体的黏性；然后，将煅烧后的前驱体混合粘合剂后进行粉末造粒，粉末成型为粒径250-2000μm的均匀颗粒；然后，干燥、筛分所述均匀颗粒，去除水分及不满足粒径需求的颗粒粉末；最后，将所述干燥、筛分后的均匀颗粒，在500-1000℃条件下煅烧，煅烧时间为10-14h，煅烧时通入适量的气体，如氩气、氮气或空气。
本发明的有益效果是：本发明惰性气体纯化材料的制备方法，其工艺简单、制备效率高；原料选取容易，制备成本低；制备的惰性气体纯化材料可循环多次使用，使用寿命长。
附图说明
图1破碎制样的惰性气体纯化材料制备工艺流程图；
图2成型制样的惰性气体纯化材料制备工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供的惰性气体纯化材料的制备方法，用于对惰性气体除杂，惰性气体可以为单晶硅生长用惰性气体，如氩气，也可以为其他惰性气体。该方法具体包括以下步骤：
氧化物制备：所述氧化物制备包括选取适量的氧化物，氧化物为过渡金属氧化物或过渡金属氧化物矿石；优选的，过渡金属氧化物为氧化铜、氧化铁、氧化镁、氧化钛或氧化锰中的至少一种或多种；氧化物矿石为铁矿石、铜矿石或锰矿石中的至少一种或多种。
在氧化物制备步骤，还可以包括将选取的氧化物粉碎、筛分，获得250-2000μm的氧化物颗粒；将选取的氧化物或氧化物颗粒洗涤、干燥。
催化剂溶液配制：配制适量的催化剂溶液，催化剂溶液为稀有金属盐溶液；稀有金属盐溶液为钌盐溶液、钯盐溶液、铂盐溶液中的至少一种或多种。
基体配制：将适量的催化剂溶液与适量的氧化物混合、干燥，然后在500-1000℃条件下煅烧，煅烧时间为10-14h，即得惰性气体纯化材料。
在基体配制步骤，可以利用初湿含浸法，制备包含催化剂溶液和干燥后的氧化物或氧化物颗粒的混合物；然后干燥混合物，烘干去除水分，形成前驱体；最后，在500-1000℃条件下煅烧前驱体，煅烧时间为10-14h，煅烧时通入适量气体，如氩气、氮气或空气。初湿含浸法是指将催化剂溶解于水中，制备催化剂溶液，并使得溶液的体积等于氧化物载体的饱和吸水量，然后将催化剂溶液滴加至氧化物载体中，并混合均匀。
优选的，在氧化物制备步骤中，若选取的氧化物为粉末状，其平均粒径为10-100um，那么在基体配制步骤进一步还包括配置适量的粘合剂，并与煅烧后的前驱体混合，增加煅烧后的前驱体的黏性；然后，将煅烧后的前驱体混合粘合剂后进行粉末造粒，粉末成型为粒径250-2000μm的均匀颗粒；然后，干燥、筛分均匀颗粒，去除水分及不满足粒径需求的颗粒粉末；最后，将干燥、筛分后的均匀颗粒，在500-1000℃条件下煅烧，煅烧时间为10-14h，煅烧时通入适量的气体，如氩气、氮气或空气。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本方法步骤，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
本实施例，提供一种破碎制样的惰性气体纯化材料的制备方法，其流程如图1所示。本实施例第一步先选取氧化物，选取的氧化物为块状或粒径较大的颗粒状，当然氧化物也可以为片状、条状等非颗粒状。选取的氧化物为铁矿石、铜矿石或锰矿石中的至少一种或多种，但不限于此，也可以为氧化铜、氧化铁、氧化镁、氧化钛或氧化锰中的至少一种或多种等过渡金属氧化物。本实施例，氧化物原料可以选用天然矿物，原料选取容易、成本较低。
第二步，粉碎、筛分。氧化物选取后，将选取的氧化物粉碎、筛分至250-2000μm的氧化物颗粒。可以采用常规的粉碎机，如颚式粉碎机等粉碎即可。
第三步，洗涤、干燥。筛分至目标颗粒粒径后，进行洗涤、干燥。本实施例，采用去离子水清洗，当然也可以采用纯水等清洗。洗涤完成后，放入烘箱中烘干，烘干温度、烘干时间以能够去除氧化物中水分为准。具体可以为100℃、24h。
催化剂配制。本实施例，采用稀有金属盐溶液，具体可以为钌、钯、铂等盐溶液中的至少一种或多种，如氯化钌、氯化钯、氯化铂、硝酸钌、硝酸钯、硝酸铂中的至少一种或多种。
第四步，制备混合物。利用初湿含浸法，通过浸渍仪将配制的催化剂溶液和干燥后的氧化物混合，形成包含催化剂溶液和干燥后的氧化物或氧化物颗粒的混合物。当然，也可以采用流化床浸渍机、转鼓或滚球机等进行混合。
第五步，干燥、煅烧。将所形成的混合物放入烘箱中烘干，烘干温度、烘干时间以能够去除混合物中水分为准，形成前驱体。具体可以为100℃、32h。混合物中水分达到指定要求后，在500-1000℃条件下煅烧，煅烧时间为10-14h，煅烧时通入适量的气体，如氩气、氮气或空气。最终形成破碎制样的惰性气体纯化材料。
本实施例，提供的制备步骤并不都是惰性气体纯化材料制备所需的必备步骤。如，若氧化物颗粒粒径较小，满足需求，则可以省略粉碎、筛分等步骤；若氧化物颗粒洁净程度能够满足需求，则可以省略洗涤、干燥等步骤。
本实施例，所提供的干燥步骤，均不限于一次干燥，可以为单次或多次干燥；干燥方式也可以为多种，如自然风干、烘箱烘干单独使用或结合使用等，干燥条件以能够去除水分为准。
实施例2
本实施例，提供一种成型制样的惰性气体纯化材料的制备方法，其流程如图2所示。本实施例第一步选取的氧化物为粉末状，粉末状氧化物的粒径为10-100um。选取的氧化物为铁矿石、铜矿石或锰矿石中的至少一种或多种，但不限于此，也可以为氧化铜、氧化铁、氧化镁、氧化钛或氧化锰中的至少一种或多种等过渡金属氧化物。
第二步，洗涤、干燥。本实施例，采用去离子水清洗，当然也可以采用纯水等清洗。洗涤完成后，放入烘箱中烘干，烘干温度、烘干时间以能够去除氧化物中水分为准。具体可以为100℃、24h。
催化剂配制。本实施例，采用稀有金属盐溶液，具体可以为钌、钯、铂等盐溶液中的至少一种或多种，如氯化钌、氯化钯、氯化铂、硝酸钌、硝酸钯、硝酸铂中的至少一种或多种。
第三步，制备混合物。利用初湿含浸法，通过浸渍仪将配制的催化剂溶液和干燥后的氧化物混合，形成包含催化剂溶液和干燥后的氧化物或氧化物颗粒的混合物。当然，也可以采用流化床浸渍机、转鼓或滚球机等进行混合。
第四步，干燥、煅烧。将所形成的混合物放入烘箱中烘干，烘干温度、烘干时间以能够去除混合物中水分为准。具体可以为100℃、32h。混合物中水分达到指定要求后，在500-1000℃条件下煅烧，煅烧时间为10-14h，煅烧时通入适量的气体，如氩气、氮气或空气。
粘合剂配制。本实施例，配制适量的粘合剂，粘合剂能够增加煅烧后的前驱体的黏性。
第四步，制备混合物。将煅烧后的前驱体与粘合剂混合。
第五步，粉末造粒。将煅烧后的前驱体混合粘合剂后进行粉末造粒，粉末成型为粒径250-2000μm的均匀颗粒。本实施例，采用干法造粒机。
第六步，干燥、筛分。对形成的均匀颗粒，进行筛分、干燥，去除不满足粒径需求的颗粒粉末及水分。
第七步，将干燥、筛分后的均匀颗粒，在500-1000℃条件下煅烧，煅烧时间为10-14h，煅烧时通入适量的气体，如氩气、氮气或空气。最终形成成型制样的惰性气体纯化材料。
本实施例，提供的制备步骤并不都是惰性气体纯化材料制备所需的必备步骤。如，根据不同使用条件，完成第四步干燥、煅烧后，形成的混合物即可作为惰性气体纯化材料使用。如，若氧化物粉末洁净程度能够满足需求，则可以省略洗涤、干燥等步骤。
本实施例，所提供的干燥步骤，也不限于一次干燥，可以为单次或多次干燥，干燥方式也可以为多种，如自然风干、烘箱烘干单独使用或结合使用等，干燥条件以能够去除水分为准。
本发明提供的惰性气体纯化材料的制备方法，工艺控制简单、制备效率高；原料选取方便，制备成本低。本发明制备的惰性气体纯化材料含有过渡金属氧化物等载氧体，在催化剂作用下，能够对惰性气体中的含碳、氢等杂质气体进行催化氧化，而不需要添加氧等气体，不仅可以降低成本，而且有利于纯化过程装置运行安全。另外，本发明制备的惰性气体纯化材料还可以活化再生，循环多次使用，使用寿命长，进一步降低成本。惰性气体纯化材料对惰性气体中杂质，如烃类气体进行氧化时、惰性气体纯化材料活化再生时分别发生如下(1)和(2)的反应：
(1)(2n+m)CnHm+MexOy→(2n+m)MexOy-1+nCO2+mH2O
(2)MexOy-1+1/2O2→MexOy
上述实施例仅说明本发明的技术构思及特点，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做出的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (13)
1.惰性气体纯化材料的制备方法，用于对惰性气体除杂，其特征在于，包括以下步骤：
氧化物制备：所述氧化物制备包括选取适量的氧化物，所述氧化物为过渡金属氧化物或过渡金属氧化物矿石；
催化剂溶液配制：配制适量的催化剂溶液，所述催化剂溶液为稀有金属盐溶液；
基体配制：将所述适量的催化剂溶液与所述适量的氧化物混合、干燥，然后在500-1000℃条件下煅烧，煅烧时间为10-14h，即得所述惰性气体纯化材料。
2.根据权利要求1所述的惰性气体纯化材料的制备，其特征在于，所述过渡金属氧化物为氧化铜、氧化铁、氧化镁、氧化钛或氧化锰中的至少一种或多种；所述氧化物矿石为铁矿石、铜矿石或锰矿石中的至少一种或多种。
3.根据权利要求2所述的惰性气体纯化材料的制备，其特征在于，所述稀有金属盐溶液为钌盐溶液、钯盐溶液、铂盐溶液中的至少一种或多种。
4.根据权利要求3所述的惰性气体纯化材料的制备，其特征在于，所述氧化物制备步骤，还包括将选取的所述氧化物粉碎、筛分，获得250-2000μm的氧化物颗粒。
5.根据权利要求4所述的惰性气体纯化材料的制备，其特征在于，所述氧化物制备步骤，还包括对所述选取的氧化物或所述氧化物颗粒进行洗涤、干燥的步骤。
6.根据权利要求5所述的惰性气体纯化材料的制备，其特征在于，所述基体配制步骤，包括利用初湿含浸法，制备包含所述催化剂溶液和所述干燥后的氧化物或氧化物颗粒的混合物。
7.根据权利要求6所述的惰性气体纯化材料的制备，其特征在于，制备完成所述混合物后，所述基体配制步骤，进一步包括干燥所述混合物，烘干去除水分，形成前驱体。
8.根据权利要求7所述的惰性气体纯化材料的制备，其特征在于，形成所述前驱体后，所述基体配制步骤，进一步还包括在500-1000℃条件下煅烧所述前驱体，煅烧时间为10-14h，煅烧时通入适量气体。
9.根据权利要求7或8所述的惰性气体纯化材料的制备，其特征在于，所述氧化物制备步骤中，若选取的氧化物为粉末状，所述基体配制步骤，进一步还包括配置适量的粘合剂，并与所述煅烧后的前驱体混合，增加所述煅烧后的前驱体的黏性。
10.根据权利要求9所述的惰性气体纯化材料的制备，其特征在于，所述粉末状氧化物的平均粒径为10-100um。
11.根据权利要求9所述的惰性气体纯化材料的制备，其特征在于，将煅烧后的前驱体混合粘合剂后，所述基体配制步骤，进一步还包括将煅烧后的前驱体混合粘合剂后进行粉末造粒，粉末成型为粒径250-2000μm的均匀颗粒。
12.根据权利要求11所述的惰性气体纯化材料的制备，其特征在于，粉末造粒完成后，所述基体配制步骤，进一步还包括干燥、筛分所述均匀颗粒，去除水分及不满足粒径需求的颗粒粉末。
13.根据权利要求12所述的惰性气体纯化材料的制备，其特征在于，干燥、筛分所述均匀颗粒后，所述基体配制步骤，进一步还包括将所述干燥、筛分后的均匀颗粒，在500-1000℃条件下煅烧，煅烧时间为10-14h，煅烧时通入适量气体。
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