JP4205347B2 - トリフルオロメチルハイポフルオライトの精製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機合成の試薬、半導体製造装置のクリーニングガス、エッチングガス等に有用なトリフルオロメチルハイポフルオライト（ＣＦ₃ＯＦ）の精製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＦ₃ＯＦの合成法は、二フッ化カルボニル（ＣＯＦ₂）とフッ素（Ｆ₂）とを適当な金属フッ化物触媒の存在下で反応させる方法が一般的である。例えば、Ｊ．Ｆｌｕｏｒｉｎｅ Ｃｈｅｍ．，３，４１（１９７３／７４）には、種々の金属フッ化物触媒の存在下で二フッ化カルボニルとフッ素とを反応させてＣＦ₃ＯＦを合成する方法が記載されている。また、Ｉｎｏｒｇ．Ｓｙｎｔｈ．，８，１６５（１９６６）には、一酸化炭素とフッ素を反応させることによりＣＦ₃ＯＦを合成する方法が記載されている。
【０００３】
これらの製法で得られるＣＦ₃ＯＦ中には、不純物として二酸化炭素（ＣＯ₂）、フッ素、二フッ化酸素（ＯＦ₂）、二フッ化カルボニル（ＣＯＦ₂）等が混入する。ＣＦ₃ＯＦは、酸化力が非常に強く、また加水分解性であるため、該不純物を除去する方法としては、深冷脱気や、蒸留等による分留が一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＦ₃ＯＦ中に含まれる前記不純物は、沸点が比較的近接しており、単純な蒸留や深冷脱気では、分離精製することが困難である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる問題点に鑑み鋭意検討の結果、ゼオライトと接触、吸着させることによりこれらの不純物が低減できることを見出し、本発明に至ったものである。
【０００６】
すなわち、本発明は、不純物として二酸化炭素、フッ素、二フッ化酸素、二フッ化カルボニルを含むトリフルオロメチルハイポフルオライトを精製するにあたって、ゼオライトと接触させ、吸着除去することを特徴とするトリフルオロメチルハイポフルオライトの精製方法、さらには、該トリフルオロメチルハイポフルオライトを水と接触させた後、ゼオライトと接触させ、吸着除去することを特徴とするトリフルオロメチルハイポフルオライトの精製方法を提供するものである。
【０００７】
本発明によれば、ゼオライトによる分子ふるいの効果によって、ＣＦ₃ＯＦより分子径の小さい二酸化炭素、フッ素、二フッ化酸素、二フッ化カルボニルのような不純物をＣＦ₃ＯＦから効率的に吸着除去することが可能となる。また、該不純物が含有するＣＦ₃ＯＦを水と接触させることにより、ＣＦ₃ＯＦより加水分解性の高いフッ素、二フッ化酸素、二フッ化カルボニルは、速やかに加水分解され、二酸化炭素や酸素等に分解される。その後、ゼオライトと接触させることにより、反応性の高いフッ素、二フッ化酸素、二フッ化カルボニルがゼオライトと反応して劣化することを防ぐのに効果的である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明において、使用可能なゼオライトは、天然ゼオライト及び合成ゼオライトが挙げられるが、細孔径の揃った合成ゼオライトが好ましい。合成ゼオライトとしては、ＣＦ₃ＯＦの分子径より小さい細孔径のものを使用するのが好ましい。具体的には、モレキュラーシーブス４Ａ、モレキュラーシーブス５Ａが使用できるが、モレキュラーシーブス４Ａでは、二フッ化酸素が吸着されずに残るためモレキュラーシーブス５Ａが好ましい。モレキュラーシーブスには、この他にも３Ａ、１３Ｘ等があるが、３Ａでは、不純物を吸着するには細孔径が小さく、１３Ｘでは、細孔径が大きいためＣＦ₃ＯＦも同時に吸着されるため好ましくない。
【０００９】
モレキュラーシーブス５Ａは、乾燥条件、厳密にはモレキュラーシーブス５Ａの含有水分によって細孔径が変化し、場合によってはＣＦ₃ＯＦも同時に吸着されることがある。本発明者らは、鋭意検討の結果、モレキュラーシーブス５Ａを１００℃以上２００℃未満に加熱脱気するとＣＦ₃ＯＦを吸着することなく、二酸化炭素、フッ素、二フッ化酸素、二フッ化カルボニルの不純物を効率的に吸着除去できる。加熱条件が１００℃未満の場合には、二フッ化酸素が吸着されずに残り、２００℃以上の場合にはＣＦ₃ＯＦが吸着されるため好ましくない。脱気には、真空脱気、ヘリウム、窒素等のフローによる脱気が使用できる。
【００１０】
本発明における不純物のうち、フッ素、二フッ化酸素、二フッ化カルボニルについては、モレキュラーシーブスカラムに対して反応性を有するため、モレキュラーシーブスカラムが劣化することは免れない。そこで、フッ素、二フッ化酸素、二フッ化カルボニルは、ＣＦ₃ＯＦより加水分解し易いため、該不純物が含有するＣＦ₃ＯＦを水と接触させた後、モレキュラーシーブスと接触させることにより、モレキュラーシーブスを劣化させることなく精製できる。
【００１１】
フッ素、二フッ化酸素、二フッ化カルボニルは、水と接触すると、二酸化炭素、酸素、フッ化水素を生成するが、フッ化水素と一部の二酸化炭素は水層へ溶解し、ＣＦ₃ＯＦ中には二酸化炭素と酸素が不純物として残る。二酸化炭素と酸素は、モレキュラーシーブスによって吸着される。水と接触させた後、モレキュラーシーブスと接触させる精製方法において使用できるモレキュラーシーブスとしては、４Ａ、５Ａが使用できるが、含有する不純物が二酸化炭素と酸素のみとなるため、４Ａを用いることが好ましい。また、加熱脱気によりモレキュラーシーブスを劣化することなく再生することができる。
【００１２】
ＣＦ₃ＯＦは、比較的ゆっくりと加水分解するため、用いるモレキュラーシーブスは、できるだけ乾燥させることが好ましい。ＣＦ₃ＯＦを吸着しないモレキュラーシーブス４Ａについては、完全に含有水分を除くために３５０℃以上の温度で、またモレキュラーシーブス５Ａについては前述の加熱条件で加熱脱気することにより、ＣＦ₃ＯＦの分解を最小限に抑えることができる。
【００１３】
モレキュラーシーブスと接触させるときの反応温度は、−９５℃以上５０℃未満で適宜選択すればよいが、通常室温付近が操作性が良く好ましい。−９５℃より低い温度では、ＣＦ₃ＯＦが液化し、５０℃以上の温度では、吸着能力が低下するため好ましくない。吸着能力の増加、反応性の高いガスとモレキュラーシーブスとの反応劣化抑制の面では、室温より低温で接触させることが好ましい。
【００１４】
モレキュラーシーブスと接触させるときの反応圧力は、適宜選択すれば良いが、通常大気圧付近が操作性が良く好ましい。
【００１５】
本発明において、モレキュラーシーブスで精製する前に、あらかじめＣＦ₃ＯＦを封入して、モレキュラーシーブスを前処理することにより、純度を向上することができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
【００１７】
実施例１
φ１／２インチ×７０ｃｍのステンレス鋼製チューブ（容量６３ｍｌ）に、モレキュラーシーブス５Ａを４２ｇ仕込み精製塔とした。この精製塔を１５０℃で２時間真空加熱処理した後、ヘリウムで置換した。精製塔を室温まで降温した後、真空状態とし、ＣＦ₃ＯＦを１０１ＫＰａまで導入し１時間放置して前処理を行った。その後、精製塔内をヘリウムで置換し、真空状態とした。精製塔内に、ＣＯ₂：０．１９ｖｏｌ％、ＣＯＦ₂：０．７８ｖｏｌ％、Ｆ₂：０．２１ｖｏｌ％、ＯＦ₂：０．０１６ｖｏｌ％の不純物を含むＣＦ₃ＯＦを１０１ＫＰａ導入し、５分間放置した。精製塔内部のガスをサンプリングしＧＣ−ＭＳで分析した結果、ＣＯ₂：０．０４４ｖｏｌ％、ＣＯＦ₂：０．０８２ｖｏｌ％、Ｆ₂：Ｎ．Ｄ．、ＯＦ₂：Ｎ．Ｄ．であった。
【００１８】
実施例２〜５
実施例１と同様の精製塔を用いて、精製塔の真空加熱処理温度、精製塔温度、封入時間を種々変化させて精製した結果を表１に示した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
実施例６
精製塔の真空加熱処理温度を２００℃とする以外は実施例１と同様の方法で、精製塔に、ＣＯ₂：０．１９ｖｏｌ％、ＣＯＦ₂：０．７８ｖｏｌ％、Ｆ₂：０．２１ｖｏｌ％、ＯＦ₂：０．０１６ｖｏｌ％の不純物を含むＣＦ₃ＯＦを１０１ＫＰａ導入したところ、圧力が急激に低下していき精製塔の温度が上昇していった。圧力が１０１ＫＰａになるまで追加導入し、５分間放置した。精製塔内部のガスをサンプリングしＧＣ−ＭＳで分析した結果、ＣＯ₂：０．２０ｖｏｌ％、ＣＯＦ₂：０．４０ｖｏｌ％、Ｆ₂：Ｎ．Ｄ．、ＯＦ₂：Ｎ．Ｄ．であり、この他にもＯ₂が６．３ｖｏｌ％含まれていた。この精製塔を真空に引くと、ガスが脱着し、脱着したガスを捕集、分析したところＣＦ₃ＯＦを主成分とするガスであった。
【００２１】
実施例７
実施例１と同様の精製塔にモレキュラーシーブス４Ａを仕込み、３５０℃で２時間真空加熱処理した後、反応器内をヘリウムで置換した。精製塔を室温まで降温した後、真空状態とし、ＣＯ₂：０．６７ｖｏｌ％、ＣＯＦ₂：０．０６３ｖｏｌ％、Ｆ₂：０．４４ｖｏｌ％、ＯＦ₂：０．３０ｖｏｌ％の不純物を含むＣＦ₃ＯＦを１０１ＫＰａ導入し、５分間放置した。精製塔内部のガスをサンプリングしＧＣ−ＭＳで分析した結果、ＣＯ₂：０．２７ｖｏｌ％、ＣＯＦ₂：０．０６２ｖｏｌ％、Ｆ₂：Ｎ．Ｄ．、ＯＦ₂：０．３０ｖｏｌ％であった。
【００２２】
実施例８
実施例１と同様の精製塔を用いて、接触方法を流通式に変更し、室温、１０１ＫＰａ、流量２０ｓｃｃｍでＣＯ₂：１．４４ｖｏｌ％、ＣＯＦ₂：１．６６ｖｏｌ％、Ｆ₂：０．３９ｖｏｌ％、ＯＦ₂：０．８４ｖｏｌ％の不純物を含むＣＦ₃ＯＦを２時間精製した。精製したガスは１Ｌ−トラップに液体窒素温度で捕集し、ＧＣ−ＭＳで分析した結果、ＣＯ₂：０．０４０ｖｏｌ％、ＣＯＦ₂：０．０４６ｖｏｌ％、Ｆ₂：Ｎ．Ｄ．、ＯＦ₂：Ｎ．Ｄ．であり、ＣＦ₃ＯＦの回収率は９８％であった。
【００２３】
実施例９
流量を１００ｓｃｃｍに変更する以外は実施例８と同様のガスを同様の方法で２０分間精製を行った。１Ｌ−トラップで捕集されたガスをＧＣ−ＭＳで分析した結果、ＣＯ₂：０．０１１ｖｏｌ％、ＣＯＦ₂：０．０３２ｖｏｌ％、Ｆ₂：Ｎ．Ｄ．、ＯＦ₂：Ｎ．Ｄ．であり、ＣＦ₃ＯＦの回収率は９９％であった。
【００２４】
実施例１０
実施例１と同様の精製塔の前段に、水中にガスをバブリングできるような構造の５０ｍｌ−ステンレス鋼製トラップを設置し、水を３０ｍｌ入れて精製装置とした。ＣＯ₂：１．４４ｖｏｌ％、ＣＯＦ₂：１．６６ｖｏｌ％、Ｆ₂：０．３９ｖｏｌ％、ＯＦ₂：０．８４ｖｏｌ％の不純物を含むＣＦ₃ＯＦを室温、１０１ＫＰａ、流量２０ｓｃｃｍで２時間流通し精製した。精製したガスは１Ｌ−トラップに液体窒素温度で捕集し、ＧＣ−ＭＳで分析した結果、ＣＯ₂：０．０７２ｖｏｌ％、ＣＯＦ₂：Ｎ．Ｄ．、Ｆ₂：Ｎ．Ｄ．、ＯＦ₂：Ｎ．Ｄ．であり、ＣＦ₃ＯＦの回収率は８５％であった。
【００２５】
実施例１１
φ５０Ａ×７０ｃｍのステンレス鋼製チューブ（容量１．６Ｌ）に、モレキュラーシーブス５Ａを１．２Ｋｇ仕込み精製塔とした。この精製塔を１５０℃で５時間真空加熱処理した後、ヘリウムで置換した。精製塔を室温まで降温した後、真空状態とした。精製塔内に、ＣＯ₂：０．６７ｖｏｌ％、ＣＯＦ₂：０．０６３ｖｏｌ％、Ｆ₂：０．４４ｖｏｌ％、ＯＦ₂：０．３０ｖｏｌ％の不純物を含むＣＦ₃ＯＦを室温、１０１ＫＰａ、２．７ＳＬＭの流量で１時間精製した。精製したガスは５Ｌ−トラップに液体窒素温度で捕集した。トラップ内部のガスをサンプリングしＧＣ−ＭＳで分析した結果、ＣＯ₂：０．０１５ｖｏｌ％、ＣＯＦ₂：０．０３５ｖｏｌ％、Ｆ₂：Ｎ．Ｄ．、ＯＦ₂：Ｎ．Ｄ．であり、ＣＦ₃ＯＦの回収率は９９％であった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の方法により、高純度でかつ高回収率で、しかも生産性良くＣＦ₃ＯＦを精製することができる。

Claims (2)

1. 不純物として二酸化炭素、フッ素、二フッ化酸素、二フッ化カルボニルを含むトリフルオロメチルハイポフルオライトを精製するにあたって、ゼオライトと接触させ、吸着除去することを特徴とするトリフルオロメチルハイポフルオライトの精製方法。
2. 不純物として二酸化炭素、フッ素、二フッ化酸素、二フッ化カルボニルを含むトリフルオロメチルハイポフルオライトを精製するにあたって、該トリフルオロメチルハイポフルオライトを水と接触させた後、ゼオライトと接触させ、吸着除去することを特徴とするトリフルオロメチルハイポフルオライトの精製方法。