CN117383567A - 一种硅烷碘化制备二碘硅烷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅烷碘化制备二碘硅烷的方法，其首先采用直接法在一定温度下，利用氢气与碘直接反应制备出硅烷碘化原料碘化氢气体，然后将其直接应用于二碘硅烷的制备合成过程中。在一定温度下，通过碘化氢气体与甲硅烷气体反应制备出二碘硅烷，但是会出现其他碘代硅烷杂质产生，通过精馏对粗产品进行提纯，得到二碘硅烷与一碘硅烷混合物，然后将混合物在一定条件下与碘单质反应，去除一碘硅烷，以提高二碘硅烷纯度和收率。该方法降低了反应成本且解决了碘化原料中碘化氢气体来源困难、储存条件苛刻等难题。并且提高的二碘硅烷纯度和收率。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅烷碘化制备二碘硅烷的方法，尤其涉及一种直接化合制备碘化氢然后直接将其应用于二碘硅烷的制备过程的工艺方法。
背景技术
二碘硅烷H2SiI2，化学气相沉积(CVD)的重要硅源，可以在众多基材上形成气相沉积。虽然国内对该物质的合成及纯化技术进行了相关的研究，但仍不具备规模化的生产条件，二碘硅烷制备方法主要有：卤素交换法；硅和碘化氢或硅和氢、碘直接反应制备；有机硅源碘化(苯硅烷碘化)及硅烷基碘化(甲硅烷碘化)。
不同制备工艺具有一定不足：(1)卤素交换法，主要为气固/气液反应，反应的驱动力较差、反应时间长，且转化率较低；(2)直接制备法采用硅粉与碘化氢或碘、氢气直接反应，反应温度较高，产率及转化率较低且危险性较高。(3)有机硅源碘化法，由于其原料危险性较小，反应条件较为温和，且在实验室条件下易实现而受到广泛的关注，但是其原料为苯硅烷和碘单质反应，从而使得反应成本高，不利于其规模化生产；(4)硅烷碘化，其原料采用硅烷与碘化氢直接反应，但由于其原料碘化氢化学性质不稳定易发生热裂反应、易分解，且来源及储存及其困难，限制其规模化应用。
目前，对于二碘硅烷的制备的主流方法是利用苯硅烷与碘单质的直接反应，在该反应中，副产物为致癌物质苯，需对副产物的进行一定工艺处理。该方法过程所需原料苯硅烷成本较高，造化二碘硅烷制备成本上升(其中采购苯硅烷制备二碘硅烷，成本约为5000-6000/kg左右，若采用自制苯硅烷，原料成本会相应降低，但是需配相应的生成工艺，增大了工艺成本)，从而限制了该方法规模化生产需要。而使用甲硅烷碘化法制备二碘硅烷成本相对较低，该方法所需碘化氢气体，但是由于其原料碘化氢气体，具有来源困难、储存条件苛刻而无相应的采购渠道，限制了该方法的应用，若采用自制碘化氢其二碘硅烷成本约2000/kg左右，大大降低了二碘硅烷生产成本。在本专利中，采用首先利用氢气直接化合制备碘化氢气体并将其应用于二碘硅烷的制备过程，减少了碘化氢气体来源困难、储存条件苛刻等问题，降低了反应成本，适合规模化应用。
我们经检索发现了几篇关于二碘硅烷制备方法的相关专利分别是(1)《一种二碘硅烷的制备方法》、申请号：CN202310322707.3；(2)《二碘硅烷的制造方法》、申请号：CN201910762131.6；(3)《一种高纯电子级二碘硅烷的制备装置及其制备方法》、申请号：CN202111017549.8；(4)《一种高纯二碘硅烷的制备方法》、申请号：CN201910537707.9等，但是其制备的工艺路线都和本申请中公开的硅烷碘化法制备二碘硅烷不一样，其对本申请皆无专利性影响。
发明内容
本发明的发明目的就在于针对现有技术的不足提供了一种硅烷碘化制备二碘硅烷的方法，本发明方法降低了反应成本且解决了碘化原料中碘化氢气体来源困难、储存条件苛刻等难题；并且提高了二碘硅烷纯度和收率。
为实现本发明的发明目的本发明采用的技术方案为：
一种硅烷碘化制备二碘硅烷的方法，其方法步骤为：
步骤1、在适合温度下，将碘单质加热至反应器1中，同时按照的比例加入氢气至反应器1中(其中碘单质与氢气投入的摩尔比范围为1：1-1：2)；
步骤2、对反应器1反应一定时间后，对产物进行冷凝和精馏处理，得到碘化氢气体；
步骤3、在适合的设定温度下，将上述步骤中制得的碘化氢气体与甲硅烷气体，按照摩尔比2:1—3：1的比例通入到反应器2中，反应一段时间后得到二碘硅烷及其它碘代硅烷产物。
步骤4、将得到的二碘硅烷产物进行精馏处理，处理后得到的精馏产物包括二碘硅烷及少量的一碘硅烷，通过装有碘单质的反应器3，以除去少量一碘硅烷。
进一步，步骤1中所述的反应器1为立式化学反应器，其中催化剂铁填充反应器1中。
进一步，步骤1中所述温度设定为500-600℃。
进一步，步骤2中所述的冷凝、精馏温度为在10—15℃的温度下冷凝去除未反应的碘单质，精馏处理的温度设为-50-65℃，以去除未反应的氢气，并将冷凝、精馏循环应用于碘化氢制备过程。
进一步，步骤3中所述的反应温度为70-90℃，反应时间为6-12h。
进一步，步骤4中所述的反应精馏温度为-20-10℃。
进一步，步骤4中所述反应器3中的温度设为-40-20℃。
本发明的有益效果为：
本发明方法采用从碘化氢制备入手。首先采用来源简单易得原料用于碘化氢的制备，并将制备出的碘化氢进行纯化后直接应用于二碘硅烷制备过程。本发明工艺采用碘化氢自制后直接衔接用来制备二碘硅烷，解决了目前市场上碘化氢纯气来源困难的问题，将制备的碘化氢直接运用于二碘硅烷制备过程中，很大程度的解决了碘化氢储存困难等问题。且将制备出的二碘硅烷进行纯化后，得到的含有一碘硅烷的二碘硅烷混合产品，再次将其与碘单质反应，以提高二碘硅烷纯度。
目前，本行业中对于二碘硅烷的制备的主流方法是利用苯硅烷与碘单质的直接反应，在该反应中，副产物为致癌物质苯，需对副产物的进行一定工艺处理。而且该方法过程所需原料苯硅烷成本较高，造化二碘硅烷制备成本上升(其中采购苯硅烷制备二碘硅烷，成本约为5000-6000/kg左右，若采用自制苯硅烷，原料成本会相应降低，但是需配相应的生成工艺，增大了工艺成本)，从而限制了该方法规模化生产，难以满足市场实际需求。而使用甲硅烷碘化法制备二碘硅烷成本相对较低，该方法所需碘化氢气体，但是由于其原料碘化氢气体，具有来源困难、储存条件苛刻而无相应的采购渠道，同样限制了该方法的应用。在本专利中，采用首先利用氢气直接化合制备碘化氢气体并将其应用于二碘硅烷的制备过程，减少了碘化氢气体来源困难、储存条件苛刻等问题，降低了反应成本，适合规模化应用。且本发明采用自制碘化氢其制备二碘硅烷总体成本约2000元/kg左右，大大低于目前主流的二碘硅烷制备工艺，前景可为。
本发明还具有如下优点：(1)本发明所述的一种硅烷碘化制备二碘硅烷的方法所得的二碘硅烷收率较高，可达50％以上。(2)本发明制备的二碘硅烷纯度较高，其精馏后的产品中含有副产物含量较少。(3)本发明制备过程反应温度较易控制，降低了工艺操作难度。(4)制备工艺合理，并且操作简便、适宜进行规模化应用。
附图说明
图1为本发明实施例所述氢气制备碘化氢气体方法的流程图。
图2为本发明实施例所述硅烷碘化法制备二碘硅烷的方法反应流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种硅烷碘化制备二碘硅烷的方法，首先需要将反应器1加热到500-600℃，通过对碘单质加热使其升华，通入反应器1中，同时按照1：1比例向反应器中通入氢气，使其反应一段时间后，通过将得到的混合产物冷凝至10-15℃以除去未参与反应碘单质(其可循环用于碘化氢制备过程)，然后在经过-50-65℃冷阱，将碘化氢气体冷凝收集，将剩余气体继续通入反应器1中循环用于碘化氢的制备。
将反应器2加热至70-90℃，然后将反应器1中提纯得到的碘化氢气体，通入反应器2中，同时通入一定量的甲硅烷纯气(来源为市购)，反应16-36h后，收集液体产物，对产物进行精馏处理，处理后得到SiH2I2和部分SiH3I的混合物质，将精馏产物经过装有碘单质的反应器3，反应4-8h后，对产品进行二次精馏处理，最优条件下得到SiH2I2纯度达98％及以上。
以下，通过部分非限定性的具体实施例子用于更详细地说明本发明，但是，本发明不限定于以下的实施例，实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理；也就是说，以下所述仅仅是本发明的一部分优选实施例子，不能以此来限定本发明的权利范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明精神、原理和范围的前提下，本发明还可作出各种变化、改进和润饰，这些改进的额外特征可以单独或者以任意组合形式存在，这些变化、改进和润饰也应视为本发明要求保护的发明范围之内。
实施例1
将反应器2温度升至70℃，将反应器1中所得碘化氢气体通入反应器2，同时按照碘化氢与甲硅烷比例2：1的摩尔比甲硅烷，反应24h后，收集液体产物，对产物进行精馏处理，处理后得到SiH2I2和部分SiH3I的混合物质，将精馏产物经过装有碘单质的反应器3，反应4h后，对产品进行二次精馏处理，得到SiH2I2纯度约97％。
实施例2
1.将反应器2温度升至80℃，将反应器1中所得碘化氢气体通入反应器2，同时按照碘化氢与甲硅烷比例2：1的摩尔比甲硅烷，反应24h后，收集液体产物，对产物进行精馏处理，处理后得到SiH2I2和部分SiH3I的混合物质，将精馏产物经过装有碘单质的反应器3，反应4h后，对产品进行二次精馏处理，得到SiH2I2纯度约98％。
实施例3
1.将反应器2温度升至90℃，将反应器1中所得碘化氢气体通入反应器2，同时按照碘化氢与甲硅烷比例2：1的摩尔比甲硅烷，反应24h后，收集液体产物，对产物进行精馏处理，处理后得到SiH2I2和部分SiH3I的混合物质，将精馏产物经过装有碘单质的反应器3，反应4h后，对产品进行二次精馏处理，得到SiH2I2纯度约97％。
Claims (7)
1.一种硅烷碘化制备二碘硅烷的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤
步骤1、在适合的设定温度下，将碘单质加热至立式反应器1中，同时按照碘单质与氢气的摩尔比为1：1-1：2的比例将氢气加入至反应器1中；
步骤2、在反应器1中反应一段时间后，对产物进行冷凝和精馏处理，得到碘化氢气体；
步骤3、在适合的反应温度下，将上述步骤中制得的碘化氢气体直接与甲硅烷气体，按照摩尔比2:1—3：1的比例通入到反应器2中，反应一段时间后得到二碘硅烷及其它碘代硅烷产物；
步骤4、将上述步骤得到的二碘硅烷产物进行精馏处理，处理后得到二碘硅烷及含有少量的一碘硅烷，然后通过装有碘单质的反应器3，以除去少量一碘硅烷。
2.根据权利要求1所述的一种硅烷碘化制备二碘硅烷的方法，其特征在于：步骤1所述反应器1为立式化学反应器，其中催化剂为铁，填充在反应器1中。
3.根据权利要求1所述的一种硅烷碘化制备二碘硅烷的方法，其特征在于：步骤1中所述的温度设定为500-600℃。
4.根据权利要求1所述的一种硅烷碘化制备二碘硅烷的方法，其特征在于：步骤2所述的冷凝处理为在10—15℃的温度下冷凝去除未反应的碘单质，所述精馏处理的温度设为-50-65℃，去除未反应的氢气，并将其循环应用于碘化氢制备过程。
5.根据权利要求1所述的一种硅烷碘化制备二碘硅烷的方法，其特征在于：步骤3中其反应温度设为70-90℃，反应时间为6-12h。
6.根据权利要求1所述的一种硅烷碘化制备二碘硅烷的方法，其特征在于：步骤4中所述的反应精馏温度为-20-10℃。
7.根据权利要求1所述的一种硅烷碘化制备二碘硅烷的方法，其特征在于：步骤4中所述反应器3的工作温度设为-40-20℃。
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