KR20140052853A - Anodes for the electrolytic production of nitrogen trifluoride and fluorine - Google Patents

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KR20140052853A
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제임스 패트릭 넬슨
케리 레나르드 베르거
레이날도 마리오 마차도
경-호 최
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에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

The present invention relates to a process for producing nitrogen trifluoride or fluorine in which anodes in an electrolytic cell is produced mainly with anisotropic carbon which contains a needle coke and/or a meso-carbon microbead and is aligned in parallel; and the anodes. Anisotropic carbon anodes which are aligned in parallel minimize CF_4 and improve the purity of the produced nitrogen trifluoride or fluorine. In addition, the anodes are molded, instead of being extruded or machined, to provide an improved anode size and mechanical integrity.

Description

삼불화질소 및 불소의 전기분해 생산을 위한 애노드{ANODES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION OF NITROGEN TRIFLUORIDE AND FLUORINE}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to an anode for electrolytic production of nitrogen trifluoride and fluorine,

본 출원은 2012년 10월 19일자 출원된 선행 출원 미국 특허출원 일련번호 제61/716,259호 및 2013년 3월 15일자 출원된 선행 출원 미국 특허출원 일련번호 제61/790,810호에 대해서 35 U.S.C. §119(e)하의 우선권 이익을 주장하는 2013년 4월 9일자 출원된 미국 특허출원 제13/859,263호의 일부 계속 출원이다. 각각의 우선권 출원의 내용은 그 전체가 본원에서 참조로 포함된다.This application claims the benefit of US Provisional Application Serial No. 61 / 716,259 filed on October 19, 2012 and US Provisional Application Serial No. 61 / 790,810, filed March 15, 2013, This application is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 13 / 859,263, filed April 9, 2013, claiming priority benefit under §119 (e). The contents of each priority application are incorporated herein by reference in their entirety.

본 발명은 삼불화질소 및 불소의 전기분해 생산방법, 특히, 삼불화질소 및 불소를 생성시키기 위한 특정의 물리적 성질을 나타내는 메조상 탄소 및 침상 코크스를 포함하는 평행하게 정렬된 비등방성 탄소로부터 제조되는 애노드의 사용에 관한 것이다. The present invention relates to a process for the production of electrolytic decomposition of nitrogen trifluoride and fluorine, in particular to a process for the production of electrolytically produced paraffin-like carbon from acicular anisotropic carbon comprising mesophase carbon and acicular coke exhibiting certain physical properties for producing nitrogen trifluoride and fluorine RTI ID = 0.0 > anode. ≪ / RTI >

삼불화질소(NF3)는 실온에서 거의 반응성을 지니지 않는 안정한 가스이다. 다른 한편으로, 불소(F2)는 주위 조건에서 대부분의 물질과의 반응성 가스이다. NF3 및 F2 둘 모두는 반도체 제조에서 사용이 증가하고 있다. 예를 들어, NF3은 전형적으로는 반도체 기판상의 실리콘 또는 실리콘 옥사이드 층에 대한 에칭제로서 사용되거나, NF3가 동일반응계내(in situ)에서 활성화되는 CVD 챔버 세정 가스로서 사용된다.Nitrogen trifluoride (NF 3 ) is a stable gas that has little reactivity at room temperature. On the other hand, fluorine (F 2 ) is a reactive gas with most materials at ambient conditions. Both NF 3 and F 2 are increasingly used in semiconductor manufacturing. For example, NF 3 is typically used as an etchant for a silicon or silicon oxide layer on a semiconductor substrate, or as a CVD chamber cleaning gas in which NF 3 is activated in situ.

산업적 규모에서, NF3은 불화 공정에 의해서 제조될 수 있다. 불화를 위한 두 가지 주요 방법, 즉, 직접적인 불화(direct fluorination: DF) 및 전기화학적 불화(electrochemical fluorination: ECF)이 있다. 전기화학적 불화에서, 전해질이 전기분해 셀에서 전기분해되어 NF3를 생성시킨다. F2는 NF3를 생산하기 위한 ECF 공정과 유사한 전기화학적 공정으로 생성된다. 통상적인 전기분해 셀은 탄소 스틸 캐소드 및, 예를 들어, 탄소 코크스 입자와 탄소 피치 바인더(carbon pitch binder)로부터 제조된 압출 및 탄화된 애노드를 사용한다. 통상적인 애노드는 등방성 코크스로부터 제조되며, 사용된 큰 입자 크기의 결과로, 흔히 100 마이크론 초과의 높은 거대다공성(macroporosity)을 나타낸다. 통상적인 압출된 탄소 애노드는 1000℃ 미만의 온도에서 탄화되며, 전형적으로는 흑연화는 되지 않는데, 그러한 흑연화는 1500℃ 초과의 온도를 필요로 한다. 그러나, 문헌[참조예: Ellis, J, F. and G.F. May, "Modern Fluorine Generation" in Fluorine, the First Hundred Years, R.E. Banks, D.W.A. Sharp, and J.C. Tatlow, eds., Elsevier Sequoia, 1986]에 기재된 바와 같이, 통상적인 압출된 탄소 애노드와 관련된 많은 단점이 있다.On an industrial scale, NF 3 can be produced by a fluorination process. There are two main methods for fluorination, direct fluorination (DF) and electrochemical fluorination (ECF). In electrochemical fluorination, the electrolyte is electrolyzed in the electrolysis cell to produce NF 3 . F 2 is produced by an electrochemical process similar to the ECF process for producing NF 3 . Conventional electrolysis cells use carbon steel cathodes and extruded and carbonated anodes made, for example, from carbon-coke particles and carbon pitch binders. Conventional anodes are made from isotropic coke and exhibit high macroporosity, often above 100 microns, as a result of the large particle size used. Typical extruded carbon anodes are carbonized at temperatures below 1000 ° C, typically not graphitized, and such graphitization requires temperatures above 1500 ° C. However, it is also possible to use the methods described in Ellis, J, F. and GF May, "Modern Fluorine Generation" in Fluorine, the First Hundred Years, RE Banks, DWA Sharp, and JC Tatlow, eds., Elsevier Sequoia, As noted, there are many disadvantages associated with conventional extruded carbon anodes.

전기화학적 불화와 연관된 한 가지 문제는 CF4(사불화메탄 또는 사불화탄소)에 의한 전해분해-생성된 NF3 또는 F2의 오염이다. 어떠한 종류의 오염은 염려가 되는데, 그 이유는 고순도 NF3 또는 F2가 많은 산업, 예컨대, 반도체 산업에서 요망되고 요구되기 때문이다. CF4는 NF3로부터 분리하는 것이 실질적으로 불가능하다. 문헌[J. Massonne, CHEMIE INGENIEUR TECHNIK, v. 41, N 12, p. 695(1969)]. 따라서, 어떠한 CF4 오염은 생성되는 NF3의 순도를 감소시키고 용이하게 제거될 수 없다. F2와 관련하여, CF4가 제거될 수 있지만, 그러나, 이는 정제하고 정제된 F2를 회수하기 위한 추가 및 비용이 드는 공정 단계들을 필요로 하면서 분리되고 제거될 수 있다.One problem associated with electrochemical fluorination is the contamination of electrolytic decomposition-produced NF 3 or F 2 by CF 4 (tetrafluoromethane or carbon tetrafluoride). Any kind of contamination is a concern because high purity NF 3 or F 2 is desired and required in many industries, such as the semiconductor industry. It is practically impossible to separate CF 4 from NF 3 . J. Massonne, CHEMIE INGENIEUR TECHNIK, v. 41, N 12, p. 695 (1969). Thus, any CF 4 contamination reduces the purity of the resulting NF 3 and can not be easily removed. With respect to F 2 , CF 4 can be removed, but it can be separated and removed, requiring additional and costly process steps to purify and recover the purified F 2 .

통상적인 탄소 애노드, 예컨대, 피치 바인더와 함께 탄소 코크스에 의해서 제조된 애노드와 관련된 또 다른 문제는 애노드가 압출되거나 머시닝(machining)되거나, 이들 둘 모두가 수행되어 애노드 모양으로 형성되게 할 필요가 있다는 것이다. 그러나, 애노드는 적절히 기능하기에 정확한 모양 및 디자인일 수 없으며, 재생 가능하지 않을 수 있다. 이는 애노드의 불량한 치수 및 기계적 완전성을 야기시킨다.Another problem associated with an anode made by carbon coke with a conventional carbon anode, such as a pitch binder, is that the anode needs to be extruded or machined, or both to be formed into an anode shape . However, the anode may not be accurate shape and design to function properly, and may not be reproducible. This results in poor dimensions and mechanical integrity of the anode.

또 다른 문제는 애노드가 부동화되거나 기능을 멈출 때의 애노드의 분극이다. 이러한 상태는 정상 초과의 셀 전압에 의해서 나타나며, "분극(polarization)"으로 일컬어진다. 탄소-유형 애노드가 F2 또는 NF3를 제조하기 위해서 사용되는 때에, 분극은 셀 고장의 주요 원인이다. 극한 상황은 때로는 "애노드 효과"로 일컬어진다. 문헌[M. Jaccaud, M. Faron, D. Devilliers, and R. Romano, "Fluorine" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag, 2000]. 분극을 방지함으로써, 셀이 리빌드(rebuild)들 사이에 더 길게 작동되게 하여, 생산비용을 절감하게 한다.Another problem is the polarization of the anode when the anode is immobilized or stops functioning. This state is indicated by the cell voltage above normal and is referred to as "polarization ". When the carbon-type anode is used to produce F 2 or NF 3 , polarization is a major cause of cell failure. The extreme situation is sometimes referred to as the "anode effect". [M. Jaccaud, M. Faron, D. Devilliers, and R. Romano, "Fluorine" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag, 2000). By preventing polarization, the cell is allowed to run longer between rebuilds, thereby reducing production costs.

따라서, NF3 또는 F2의 전기분해 생산에서 더 적은 부산물을 형성시키고 그에 의해서 더 높은 순도의 NF3 또는 F2를 생성시키는 애노드, 더 우수한 치수 완전성(integrity)을 지니는 애노드 및 분극을 최소화 또는 감소시키는 애노드에 대한 요구가 여전하다.Thus, NF 3 or F 2 to form a less by-product in the electrolytic production thereof higher NF 3 or anode, better dimensional integrity (integrity) minimizes or reduces the anode and polarization having a to produce F 2 with a purity by of There is still a demand for an anode.

발명의 요약SUMMARY OF THE INVENTION

본 발명은 애노드가 침상 코크스, 렌즈모양 코크스, 메조상 탄소, 및 메조카본 마이크로비드를 포함한 초기 메조상 탄소를 포함하는 평행하게 정돈된 비등방성 탄소 또는 코크스로 제조되는 전기분해 셀을 사용한 삼불화질소, 불소 또는 이들 둘 모두의 생산을 제공한다. 이들 탄소 및 코크스는 모두 문헌[J. Speight, Handbook of Petroleum Product Analysis, John Wiley & Sons, 2002.]에 정의되어 있다. 이들 유형의 탄소는, 무작위로 층화되거나 동심적으로 층화된(양파-모양) 탄소, 또는 무정형 또는 유리-유사 탄소와는 대조적으로, 다양한 크기의 실질적으로 평행하게 정돈된 또는 층화된 도메인을 나타낸다. 평행하게 정돈된 비등방성 탄소를 포함하는 그러한 애노드를 사용함으로써, 스펀지, 샷(shot), 동심적으로 층화된, 무정형 또는 어떠한 등방성 코크스로부터 제조된 통상적인 애노드에 의한 것보다 더 낮은 셀 전압 및 더 높은 전류밀도가 달성 가능하다는 것이 발견되었다. 추가로, 특정의 물리적인 특성을 나타내는 그러한 애노드가 부산물, 예컨대, CF4의 감소된 및 최소화된 생산을 제공하고, 그에 따라서, 생산된 삼불화질소 또는 불소의 순도를 크게 개선시킴을 발견하였다. 이러한 이점을 제공하는 물리적인 성질은 작은 입자 크기, 낮은 개방 다공도, 높은 밀도 및/또는 마이크로 기공 탄소, 예컨대, 산소-함유 탄소 전구체의 탄화 또는 다공성 코크스 유사 스펀지 코크스의 사용으로부터 발생되는 탄소의 감소된 양을 포함한다. 추가로, 애노드는, 압출 또는 머시닝되는 대신에, 모울딩되어 애노드의 개선된 치수적 및 기계적 완전성을 제공한다. 달리 설명하면, 압출 및/또는 머시닝을 필요로 하는 통상적인 애노드와는 달리, 모울딩된 애노드의 모양은 모울드에 의해서 설정되며, 그러한 모울드는 애노드를 더욱 정밀하고 재생가능하게 하여 더 높은 품질 및 더 우수한 기능의 애노드를 가능하게 한다. 이는 또한 셀의 기하구조가 더욱 일관되게 하고, 이는 전해질 순환 및 가스 버블 이탈(disengagement)이 더욱 재현가능하게 한다. 본 발명의 애노드는 또한 본원에 기재된 다른 이점과 함께 분극에 대한 개선된 내성을 나타낸다.The present invention relates to a process for the preparation of an anode comprising an electrolytic cell made of a parallel ordered anisotropic carbon or coke comprising an initial meso-phase carbon containing an acicular coke, a lens-like coke, a mesocarbon, and a mesocarbon microbead, , Fluorine, or both. These carbon and coke are all described in J. Med. Speight, Handbook of Petroleum Product Analysis, John Wiley & Sons, 2002.]. These types of carbon represent substantially parallel ordered or stratified domains of varying sizes, as opposed to random stratified or concentrically stratified (onion-shaped) carbon, or amorphous or free-like carbon. By using such anodes comprising anisotropic carbon arranged in parallel, it is possible to achieve a lower cell voltage and a lower voltage by using sponges, shots, concentrically stratified, amorphous or conventional anodes made from any isotropic coke It has been found that a high current density is achievable. In addition, it has been found that such anodes, which exhibit certain physical properties, provide reduced and minimized production of by-products such as CF 4 , thereby significantly improving the purity of the produced nitrogen trifluoride or fluorine. The physical properties that provide this advantage include reduced particle size, low open porosity, high density and / or reduced porosity of carbon resulting from the use of microporous carbons, such as the carbonation of oxygen-containing carbon precursors or porous cokes-like sponge cokes Lt; / RTI > In addition, the anode is modeled to provide improved dimensional and mechanical integrity of the anode, instead of being extruded or machined. In other words, unlike conventional anodes, which require extrusion and / or machining, the shape of the anodized anode is set by the mold, which makes the anode more precise and reproducible, Enabling an anode of excellent function. This also makes the geometry of the cell more consistent, which makes the electrolyte circulation and gas bubble disengagement more reproducible. The anodes of the present invention also exhibit improved resistance to polarization with the other advantages described herein.

본 문헌에 기재된 유형의 탄소 제품은 전형적으로는 다른 물리적인 성질 중에서도 겉보기 밀도를 사용하여 특성화된다. 이들 물질은 응집 및 결합된 또는 소결된 입자로 이루어지기 때문에, 이들은 다공성이다. 전체 제품 용적의 백분율로 측정된 이러한 다공도의 범위뿐만 아니라, 평균 기공 직경, 기공 크기 분포, 및 기공이 상호연결(개방)되었는지 또는 단리(폐쇄)되었는지와 같은 특징이 모두 가공 조건 및 기술의 함수들이다. 순수한 결정상 그라파이트는 sp2-혼성화 탄소, 예컨대, 상기 기재된 탄소 제품에서 발견되는 탄소에 대한 가장 높은 밀도 팩킹을 나타낸다. 기공의 존재는 약 2.23 g/cm3의 이러한 이론적인 최대치로부터 겉보기 밀도를 감소시킨다. NF3 및 F2의 생산을 위한 통상적인 탄소 애노드 및 개시된 탄소 애노드를 포함한 대부분의 탄소 및 그라파이트 제품은 약 1.5g/cm3내지 1.9g/cm3의 겉보기 밀도를 지닌다.Carbon articles of the type described in this document are typically characterized using apparent density among other physical properties. Since these materials are composed of aggregated and bonded or sintered particles, they are porous. Features such as mean pore diameter, pore size distribution, and whether pores are interconnected (open) or isolated (closed), as well as the range of such porosity measured as a percentage of the total product volume are all functions of processing conditions and techniques . Pure crystalline graphite represents the highest density packing for sp 2 -hybridized carbon, e. G., Carbon found in the carbon products described above. The presence of pores reduces the apparent density from this theoretical maximum of about 2.23 g / cm < 3 & gt ;. Typical carbon anodes for the production of NF 3 and F 2 and most carbon and graphite products, including the disclosed carbon anodes, have an apparent density of about 1.5 g / cm 3 to 1.9 g / cm 3 .

탄소 물질의 다공도에 대한 ASTM 표준 시험은 현재 존재하지 않지만, 본 기술분야에 공지된 몇 가지 기술이 통상적으로 적용된다. 예를 들어, 각각 Washburn 방정식 및 Brunauer-Emmett-Teller 이론을 사용함으로써 수은 세공측정법(mercury porosimetry) 및 가스 흡착 데이터가 분석될 수 있다. 결합 또는 소결된 탄소 분말을 통해서 제조된 대부분의 합성 탄소 및 그라파이트 제품은 수은 세공측정법을 사용하여 측정하는 경우 약 8% 내지 약 20%의 개방 다공도를 나타낸다. 문헌에서는 감소된 전체 다공도를 필수적으로 나타내는 주어진 탄소 물질에 대한 더 높은 밀도가 또한 더 낮은 개방 다공도 및 더 적은 작은 기공에 상응함을 보고하고 있다[문헌: Properties and Characteristics of Graphite, R. G. Sheppard, Dwayne Morgan, D. M. Mathes, D. J. Bray, eds., POCO Graphite, Inc., 2002].There is currently no ASTM standard test for porosity of carbonaceous material, but several techniques known in the art are commonly applied. For example, mercury porosimetry and gas adsorption data can be analyzed by using the Washburn equation and the Brunauer-Emmett-Teller theory, respectively. Most synthetic carbon and graphite products made through bonded or sintered carbon powder exhibit an open porosity of about 8% to about 20% when measured using mercury porosimetry. The literature reports that higher densities for a given carbon material, which essentially represents reduced total porosity, also correspond to lower open porosity and fewer smaller pores [R. Sheppard, Dwayne Morgan , DM Mathes, DJ Bray, eds., POCO Graphite, Inc., 2002].

특정의 이론으로 한정되는 것은 아니지만, 감소된 다공도는 액체 전해질에 의해서 달성 가능한 더 낮은 표면적을 유도하는 것으로 여겨진다. CF4의 형성은 이러한 달성 가능한 표면적을 감소시키고 작은 기공내의 전해질의 포획을 제거함으로써 최소화되는 것으로 여겨진다.Without being limited to any particular theory, it is believed that the reduced porosity leads to a lower surface area achievable by the liquid electrolyte. Formation of CF 4 is believed to be minimized by reducing this achievable surface area and eliminating trapping of the electrolyte in small pores.

한 가지 구체예에서, 본 발명은 평행하게 정돈된 비등방성 탄소(예, 메조상 탄소, 예컨대, 메조카본 마이크로비드)를 포함하는 전기분해 애노드를 사용함으로써 전해질의 전기분해를 수행하여 삼불화질소 또는 불소를 얻음을 포함하는, 삼불화질소 또는 불소를 생산하는 방법을 제공한다. 애노드는 예를 들어 최대 약 70,000cm2 또는 그 초과의 활성 기하 표면적을 지닐 수 있다. 메조카본 마이크로비드의 경우에, 메조카본 마이크로비드는 등압 압축된 메조카본 마이크로비드일 수 있다. 한 가지 구체예에서, 애노드는 단지 모울딩된 및 자가-소결된 메조카본 마이크로비드로 이루어지며, 애노드를 모울딩하거나 소결하기 위한 바인더 또는 다른 첨가제를 포함하지 않는다. 메조카본 마이크로비드는 또한 바람직하게는 흑연화되지 않는다. 한 가지 구체예에서, 모울딩된 메조카본 마이크로비드로부터 제조된 애노드는 약 20% 미만, 더욱 바람직하게는 약 15% 미만의 다공도와 함께 높은 밀도, 예를 들어, 1.7 g/cm3 또는 그 초과의 밀도의 애노드이다. 또한, 메조카본 마이크로비드는 직경이 약 1 내지 5 마이크론 범위인 평균 입자 크기를 지닐 수 있다.In one embodiment, the present invention provides a method of performing electrolysis of an electrolyte by using an electrolytic anode comprising parallelly arranged anisotropic carbon (e.g., mesocomposite carbon, such as mesocarbon microbeads) To obtain fluorine, nitrogen trifluoride or fluorine, including obtaining fluorine. The anode may have an active geometric surface area of up to about 70,000 cm 2 or greater, for example. In the case of mesocarbon microbeads, the mesocarbon microbeads may be isostatically compressed mesocarbon microbeads. In one embodiment, the anode is comprised of only modulated and self-sintered mesocarbon microbeads and does not include a binder or other additive for modifying or sintering the anode. The mesocarbon microbeads are also preferably not graphitized. In one embodiment, all of the anode made from the molding mesocarbon microbeads are less than about 20%, more preferably high density with a porosity of less than about 15%, e.g., 1.7 g / cm 3 or greater Lt; / RTI > In addition, the mesocarbon microbeads may have an average particle size ranging from about 1 to 5 microns in diameter.

또 다른 구체예에서, 본 발명은 침상 코크스를 포함하는 전기분해 애노드를 사용함으로써 전해질의 전기분해를 수행함을 포함하는, 삼불화질소 또는 불소를 생산하는 방법을 제공한다. 침상 코크스는 전구체에 적은 양의 산소를 함유할 수 있는 적합한 바인더, 예컨대, 높은 방향족 피치 바인더 또는 메조상-형성 피치와 함께 결합될 수 있다. 추가로, 애노드는 50 마이크론 미만, 더욱 바람직하게는 20 마이크론 미만의 입자들을 포함할 수 있고, 1.6 g/cm3 초과, 더욱 바람직하게는 1.7 g/cm3 초과, 가장 바람직하게는 1.8 g/cm3 초과의 밀도를 지닐 수 있다. 애노드는 바람직하게는 약 1600℃ 이하의 온도로 베이킹된다. 이러한 구체예에서의 침상 코크스는 또한 다른 평행하게 정돈된 코크스, 예컨대, 렌즈모양 코크스로 대체될 수 있다. 추가의 구체예에서, 코크스 또는 바인더는 메조상, 초기 메조상 코크스 또는 피치, 또는 무정형 그러나 메조상-형성 피치에 의해서 대체될 수 있다.In another embodiment, the present invention provides a method of producing nitrogen trifluoride or fluorine, comprising performing electrolysis of an electrolyte by using an electrolysis anode comprising needle coke. The needle coke may be combined with a suitable binder, such as a high aromatic pitch binder or a mesophase-forming pitch, which may contain a small amount of oxygen in the precursor. In addition, the anode may be less than 50 microns, and more preferably contains particles of less than 20 microns and 1.6 g / cm 3 greater than, more preferably 1.7 g / cm 3 greater than, and most preferably 1.8 g / cm It may have a density of greater than 3. The anode is preferably baked to a temperature of about 1600 ° C or less. The needle coke in these embodiments may also be replaced by another parallel ordered coke, e.g., a lens shaped coke. In a further embodiment, the coke or binder may be replaced by a mesophase, an initial mesophase coke or pitch, or an amorphous but mesophase-forming pitch.

애노드 물질로서 본 발명에 따른 탄소를 사용함으로써, 통상적인 압출된 탄소 애노드에 비해서 CF4가 거의 없거나 실질적으로 적은 더 높은 순도로 삼불화질소 및 불소를 생산하는 것이 가능하다. 예를 들어, 그러한 방법은 순수한 삼불화질소 또는 불소 생성물 가스 중에 100ppm 미만의 CF4, 바람직하게는 75ppm 미만의 CF4, 더욱 바람직하게는 50ppm 미만의 CF4를 생성시킬 수 있다. 삼불화질소 또는 불소를 생성시키는 전기분해 방법에서의 선택도는 70% 또는 그 초과, 바람직하게는 80% 또는 그 초과일 수 있다. 적합한 전해질은 본 기술분야의 전문가에 의해서 선택될 수 있다. 삼불화질소를 생산하기 위해서는, 전해질은 예를 들어 이원 전해질 또는 삼원 전해질일 수 있다. 이원 전해질은 HF 및 NH4F 또는 본 기술분야에 공지된 다른 적합한 이원 전해질을 포함할 수 있다. 삼원 전해질은 HF, NH4F, 및 KF, LiF, 및 CsF 등 중 하나, 또는 본 기술분야에 공지된 다른 적합한 삼원 전해질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 삼원 전해질 조성물은 약 35-45 wt% HF, 약 15-25 wt% NH4F, 및 약 40-45 wt% KF를 포함할 수 있다. 불소를 생산하기 위해서는, 전해질은 예를 들어 HF 및 KF를 포함한 이원 전해질일 수 있다.By using the carbon according to the present invention as the anode material, it is possible to produce nitrogen trifluoride and fluorine at a higher purity with little or substantially no CF 4 compared to conventional extruded carbon anodes. For example, such a method will be less than 100ppm in the pure nitrogen trifluoride gas or fluorine product three CF 4, preferably less than 75ppm CF 4, and more preferably may produce a less than 50ppm of CF 4. The selectivity in the electrolytic process for producing nitrogen trifluoride or fluorine may be 70% or more, preferably 80% or more. Suitable electrolytes may be selected by one skilled in the art. In order to produce nitrogen trifluoride, the electrolyte may be, for example, a binary electrolyte or a ternary electrolyte. Binary electrolytes may include HF and NH 4 F or other suitable binary electrolytes known in the art. Three won the electrolyte can include one, three won or other suitable electrolyte known in the art of such HF, NH 4 F, and KF, LiF, CsF, and. For example, the ternary electrolyte composition may comprise about 35-45 wt% HF, about 15-25 wt% NH 4 F, and about 40-45 wt% KF. In order to produce fluorine, the electrolyte may be a binary electrolyte including, for example, HF and KF.

삼불화질소 공정 및 불소 공정은 본 기술분야의 전문가에 의해서 선택된 온도 및 전류밀도를 포함한 적절한 조건 및 작동 공정 파라미터하에 수행될 수 있다. 예를 들어, 삼불화질소는 약 120 내지 140℃의 온도 및 최대 약 250 mA/cm2의 전류밀도에서 생산될 수 있다. 불소는 약 80 내지 90℃의 온도 및 최대 약 350 mA/cm2의 전류밀도에서 생산될 수 있다.The nitrogen trifluoride process and the fluorine process may be performed under appropriate conditions and operating process parameters, including temperature and current densities selected by those skilled in the art. For example, nitrogen trifluoride can be produced at a temperature of about 120 to 140 DEG C and a current density of up to about 250 mA / cm < 2 >. The fluorine can be produced at a temperature of about 80 to 90 DEG C and a current density of about 350 mA / cm < 2 >

또 다른 구체예에서, 본 발명은 평행하게 정돈된 비등방성 탄소를 포함하는 애노드, 캐소드, 및 HF, 임의의 KF 및 임의의 NH4F를 포함하는 전해질 조성물을 포함하는, 삼불화질소 또는 불소를 생산하는 전기분해 셀을 제공한다. 전기분해 셀은 CF4의 불순물이 없거나 거의 없이 고순도로 삼불화질소 또는 불소를 생성시키도록 작동된다. 예시적인 구체예에서, 애노드는 자가-소결된 등압 압축된 메조카본 마이크로비드로 이루어진다. 또 다른 예시적인 구체예에서, 애노드는 페놀계 수지 소결 보조제를 임의로 지니는 등압 모울딩된 메조카본 마이크로비드로 이루어진다. 또 다른 예시적인 구체예에서, 애노드는 고도의 방향족 바인더와 결합되고 낮은 다공도(예, 20% 미만의 다공도) 및 1.7 g/cm3 초과의 밀도를 나타내며 등압 모울딩에 의해서 형성된 침상 코크스로 이루어진다.In another embodiment, the present invention provides a process for the preparation of an electrolyte composition comprising an anode, a cathode, and an electrolyte composition comprising HF, optionally KF and optionally NH 4 F, comprising anisotropic carbon arranged in parallel, Thereby providing an electrolytic cell to be produced. The electrolysis cell is operated to produce nitrogen trifluoride or fluorine at high purity with little or no impurities of CF 4 . In an exemplary embodiment, the anode comprises self-sintered isostatically compressed mesocarbon microbeads. In another exemplary embodiment, the anode comprises isostress-modulated mesocarbon microbeads optionally bearing a phenolic resin sintering aid. In another exemplary embodiment, the anode comprises a needle coke formed by isobaric molding, which is associated with a high aromatic binder and exhibits a low porosity (e.g., porosity of less than 20%) and a density of greater than 1.7 g / cm < 3 >.

본 발명은 첨부된 도면과 결부시켜 하기 상세한 설명을 읽을 때 최상으로 이해된다. 일반적인 실시에 따르면, 도면의 다양한 특징이 척도를 따르지 않음이 강조된다. 반면, 다양한 특징의 치수가 명확성을 위해서 임의로 확대 또는 축소된다. 도면에서 하기 도면들이 포함된다.
도 1은 메조상 탄소 구체(a)와 a에서 도시된 메조상 구체를 통한 단면(b)의 두 도면을 나타낸다.
도 2는 본 발명에서 유용한 전기분해 셀의 한 가지 구체예의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명에서 유용한 전기분해 셀의 또 다른 구체예의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 애노드를 형성시키기에 적합할 수 있는 메조상 탄소에 대한 X-선 회절 패턴이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is best understood when the following detailed description is read in conjunction with the appended drawings. According to the general practice, it is emphasized that the various features of the drawings do not follow the scale. On the other hand, the dimensions of the various features are arbitrarily enlarged or reduced for clarity. The following figures are included in the drawings.
Figure 1 shows two views of a mesophase carbon spheres (a) and a cross section (b) through a mesophase spheres shown in a.
Figure 2 is a cross-sectional view of one embodiment of an electrolytic cell useful in the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view of another embodiment of an electrolytic cell useful in the present invention.
Figure 4 is an X-ray diffraction pattern for meso-phase carbon which may be suitable for forming the anode according to the present invention.

본 발명은 평행하게 정돈된 비등방성 탄소를 포함하는 애노드를 사용한 고순도 삼불화질소 및 불소의 생산을 제공한다. 특히, 삼불화질소 또는 불소를 생산하는 공정은 높은 선택도 및 감소된 또는 최소량의 CF4로 삼불화질소 또는 불소를 얻기 위한 메조상 탄소, 메조카본 마이크로비드, 침상 코크스 또는 다른 평행하게 정돈된 비등방성 탄소를 포함하는 전기분해 애노드를 사용함으로써 전해질의 전기분해를 수행함을 포함한다.The present invention provides for the production of high purity nitrogen trifluoride and fluorine using anodes comprising parallelly ordered anisotropic carbon. In particular, the process for producing nitrogen trifluoride or fluorine can be carried out in the presence of high selectivity and mesophase carbon, mesocarbon microbeads, needle cokes or other parallelly arranged beads for obtaining nitrogen trifluoride or fluorine with a reduced or minimal amount of CF 4 And performing electrolysis of the electrolyte by using an electrolysis anode containing isotropic carbon.

본원에서 사용된 용어, "애노드"는 전극의 전기화학적-활성 부분을 의미하며, 여기서, 전류가 셀에 가해지는 때에 삼불화질소 또는 불소가 셀에서 생성된다.As used herein, the term "anode" refers to an electrochemically-active portion of an electrode, wherein nitrogen trifluoride or fluorine is produced in the cell as current is applied to the cell.

본원 및 특허청구범위에서 사용된 용어, "포함하는" 및 "포함한"은 포괄적 또는 개방형 용어이고, 추가의 열거되지 않은 요소, 구성 성분, 또는 방법 단계를 배제하지 않는다. 따라서, 용어 "포함하는" 및 "포함한"은 더욱 제한적인 용어 "으로 근본적으로 이루어지는" 및 "으로 이루어지는"을 포괄한다. 달리 명시되지 않는 한, 본원에서 제공된 모든 값들은 주어진 종점까지 그리고 그 종점을 포함하며, 조성물의 구성성분 또는 성분의 값들은 조성물 중의 각각의 성분의 중량 백분율 또는 중량%로 표현된다.As used herein and in the claims, the terms "comprising" and "comprising" are inclusive or open terms and do not exclude additional non-recited elements, components, or method steps. Accordingly, the terms " comprises "and" comprising "encompass " consisting essentially of" and "consisting essentially of " Unless otherwise specified, all values provided herein include up to and including a given endpoint, and the constituent or component values of the composition are expressed as a weight percentage or weight percent of each component in the composition.

평행하게 정돈된 Parallel 비등방성Anisotropy 탄소 carbon

본 발명은 평행하게 정돈된 비등방성 탄소 또는 코크스를 포함하는 애노드를 사용한 고순도 삼불화질소 및 불소의 생산을 제공한다. 삼불화질소 또는 불소를 생산하기 위한 애노드는 평행하게 정돈된 비등방성 탄소, 예컨대, 메조카본 마이크로비드(또는 MCMB) 또는 침상 코크스를 포함한다. 본원에서 사용된 용어, "평행하게 정돈된 비등방성 탄소" 또는 "평행하게 정돈된 비등방성 코크스"는 무작위로 층화된 탄소, 동심적으로 층화된(양파-유사) 탄소, 무정형 탄소 또는 정돈되지 않은 유리-유사 탄소와는 대조적으로, 실질적으로 평행하게 정돈된 또는 층화된 도메인을 나타내는 탄소의 부류를 포괄하는 것으로 의도된다. 평행하게 정돈된 비등방성 탄소 또는 코크스는, 예를 들어, 문헌[J. Speight, Handbook of Petroleum Product Analysis, John Wiley & Sons, 2002]에 의해서 정의된, 침상 코크스, 렌즈모양 코크스, 메조상 탄소, 초기 메조상 탄소, 및 메조카본 마이크로비드를 포함할 수 있다. The present invention provides for the production of high purity nitrogen trifluoride and fluorine using anodes comprising parallelly anisotropic carbon or coke. The anode for producing nitrogen trifluoride or fluorine comprises parallelly arranged anisotropic carbon, such as mesocarbon microbeads (or MCMB) or needle coke. As used herein, the term "parallel ordered anisotropic carbon" or "parallel ordered anisotropic coke" refers to a mixture of randomly stratified carbon, concentrically stratified (on-like) carbon, In contrast to free-like carbon, it is intended to encompass a class of carbon which exhibits a substantially parallel ordered or stratified domain. Parallel ordered anisotropic carbon or coke can be prepared, for example, in J. of J. Lenticular coke, meso-phase carbon, initial meso-phase carbon, and mesocarbon microbeads, as defined by Speight, Handbook of Petroleum Product Analysis, John Wiley & Sons,

본원에서 사용된 용어, "메조상 탄소" 또는 "메조카본"는 융합 가능한 유기 화합물로부터 유래된 광학적 비등방성 흑연화 가능한 탄소상이다. 침상 코크스 및 관련된 평행하게 정돈된 비등방성 탄소는, 흔히 두 용어가 유사한 마이크로구조 성질을 나타내는 상이한 물리적인 형태의 탄소를 나타내지만, 때로는 탄소의 "메조상"인 것으로 생각된다. 메조상 탄소는 종종 메조카본 마이크로비드로 일컬어지는 작은 입자의 형태의 광학적 등방성 물질로부터 분리될 수 있다. 따라서, 메조상 탄소는 광학적 비등방성 상을 지니는 탄소를 포괄하는 것으로 의도된다. 달리 설명하면, 탄소는 편광 현미경(예, 편광에 의한 광학적 현미경)하에 관찰하는 경우에 광학적 비등방성을 나타낸다.As used herein, the term "meso-phase carbon" or "mesocarbon" is an optically anisotropic graphitizable carbon phase derived from fusible organic compounds. Acicular cokes and related parallel aligned anisotropic carbons are often thought of as "meso-forms" of carbon, although they often represent different physical forms of carbon representing similar microstructural properties. The meso-phase carbon can be separated from the optically isotropic material in the form of small particles, often referred to as mesocarbon microbeads. Thus, the meso-phase carbon is intended to encompass carbon having an optically isotropic phase. In other words, carbon exhibits optical anisotropy when observed under a polarizing microscope (e.g., an optical microscope with polarization).

본원에서 사용된 용어, "침상 코크스"는 정돈된, 평행 층 또는 탄소, 또는 문헌["Recommended Terminology for the Description of Carbon as a Solid," IUPAC, Pure & Appl. Chern., Vol. 67, No.3, pp. 473-506, 1995]에 제안된 침상 코크스의 정의에 따르는 어떠한 탄소를 포함하는 광학적 비등방성 침상 코크스이다. 그라인딩 또는 크기 감소에 의한 침상 코크스의 물리적인 변경은, 1 마이크론 근처의 입자 크기에도, 이러한 정의로부터 이를 제거하지 않음을 이해해야 한다.As used herein, the term "acicular coke" refers to an ordered, parallel layer or carbon, or as described in "Recommended Terminology for the Description of Carbon as a Solid", IUPAC, Pure & Appl. Chern., Vol. 67, No. 3, pp. 473-506, 1995). ≪ RTI ID = 0.0 > [0050] < / RTI > It should be understood that the physical modification of the needle coke by grinding or size reduction does not remove it from this definition, even at particle sizes near 1 micron.

예시적인 구체예에서, 애노드는 주로 평행하게 정돈된 비등방성 탄소를 포함한다. 본원에서 사용된 용어, "주로"는 성분이 관련 조성물의 어떠한 다른 성분보다 더 많은 양으로 존재함을 나타내며, 예를 들어, 애노드는 대부분 또는 배타적으로 평행하게 정돈된 비등방성 탄소이다. 달리 설명하면, 평행하게 정돈된 비등방성 탄소는 어떠한 다른 성분보다 더 애노드의 주를 이룬다. 특히, 애노드는 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 75% 이상, 90% 이상, 95% 이상 또는 99% 이상의 평행하게 정돈된 비등방성 탄소를 포함할 수 있다. 예시적인 구체예에서, 애노드는 실질적으로 순수한 평행하게 정돈된 비등방성 탄소이다. 달리 설명하면, 애노드는, 어떠한 소량의 평행하게 정돈된 비등방성 탄소를 우연히 함유하는 코크스 또는 탄화된 피치 또는 애노드와는 반대로, 대부분이 또는 실질적으로 모두 평행하게 정돈된 비등방성 탄소이다. 또한, 애노드는, 본 기술분야에 공지된 바인더, 충전제 또는 다른 보조제와는 반대로, 대부분이 평행하게 정돈된 비등방성 탄소이다.In an exemplary embodiment, the anode comprises mainly anisotropic carbon arranged in parallel. As used herein, the term "predominantly" indicates that the component is present in greater amounts than any other component of the related composition, e.g., the anode is mostly or exclusively anisotropic carbon aligned in parallel. In other words, the anisotropic carbon arranged in parallel becomes the main anode of any other component. In particular, the anode may comprise at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 75%, at least 90%, at least 95% or at least 99% parallelly arranged anisotropic carbon. In an exemplary embodiment, the anode is substantially pure, parallel ordered anisotropic carbon. In other words, the anode is an anisotropic carbon that is mostly or substantially all arranged in parallel, as opposed to a coke or carbonized pitch or anode that accidentally contains any small amount of parallel ordered anisotropic carbon. In addition, the anode is an anisotropic carbon, most of which is arranged in parallel, as opposed to binders, fillers or other auxiliaries known in the art.

한 가지 구체예에서, 애노드는 메조상 탄소, 예컨대, 메조카본 마이크로비드를 주로 포함한다. 예를 들어, 애노드는 대부분이 또는 배타적으로 메조상 탄소이다. 달리 설명하면, 메조상 탄소는 어떠한 다른 성분보다 더 애노드의 주를 형성한다. 특히, 애노드는 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 75% 이상, 90% 이상, 95% 이상 또는 99% 이상의 메조상 탄소를 포함할 수 있다. 예시적인 구체예에서, 애노드는 실질적으로 순수한 메조상 탄소이다. 달리 설명하면, 애노드는, 어떠한 소량의 메조카본를 우연히 함유하는 코크스 또는 탄화된 피치 또는 애노드와는 반대로, 대부분이 또는 실질적으로 모두 메조카본이다. 또한, 애노드는, 본 기술분야에 공지된 바인더, 충전제 또는 다른 보조제와는 반대로, 대부분이 메조카본이다.In one embodiment, the anode primarily comprises a meso-phase carbon, such as mesocarbon microbeads. For example, the anode is mostly or exclusively mesocarbon. In other words, the meso-phase carbon forms more of the anode than any other component. In particular, the anode may comprise at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 75%, at least 90%, at least 95%, or at least 99% mesocosan. In an exemplary embodiment, the anode is substantially pure meso-phase carbon. In other words, the anode is most or substantially all mesocarbon, as opposed to a coke or carbonized pitch or anode that accidentally contains any small amount of mesocarbon. In addition, the anode is predominantly a mesocarbon, as opposed to binders, fillers or other adjuvants known in the art.

한 가지 구체예에서, 삼불화질소 또는 불소를 생산하기 위한 애노드는 메조카본 마이크로비드를 포함한다. 도 1은 (a) 메조상 구체(100) 및 (b) 메조상 구체(100a)를 통한 단면의 묘사를 포함한 메조카본 마이크로비드의 예를 도시하고 있다. 메조상 구체(100)는 두 폴(pole)(110), 미량의 층상 디렉션(lamellae direction: 120), 및 메조상 구체(100)의 디스크(130)의 에지를 포함할 수 있다. 도 1에서 나타내고 있는 메조카본 마이크로비드가 층상 구조를 지니지만, 다른 경로로 제조된 메조카본 마이크로비드는 다른 형태를 지닐 수 있다. 메조카본 마이크로비드는 모양이 구형일 수 있거나, 예를 들어, 기다랏거나 불규칙적인 모양을 지닐 수 있다.In one embodiment, the anode for producing nitrogen trifluoride or fluorine comprises mesocarbon microbeads. Figure 1 shows an example of a mesocarbon microbead including (a) a mesophase spheres 100 and (b) a cross-section depiction through a mesophase spheres 100a. The mesophase spherical body 100 may include two poles 110, a small amount of lamellae direction 120, and an edge of the disk 130 of the mesophase spheres 100. Although the mesocarbon microbeads shown in Fig. 1 have a layered structure, the mesocarbon microbeads prepared by different routes may have different shapes. The mesocarbon microbeads may be spherical in shape, or may have a waist or irregular shape, for example.

마이크로비드는 최대 약 100㎛(예, 직경 약 1-100㎛)의 비드 직경을 지닐 수 있다. 예시적인 구체예에서, 메조카본 마이크로비드는 직경 약 1 내지 5 마이크론 범위의 평균 입자 크기를 지닐 수 있다. 메조카본 마이크로비드는 예를 들어, 1,000 내지 4,000 m2/g 범위의 높은 비표면적을 지닐 수 있다. 유사하게, 또 다른 구체예에서, 삼불화질소 또는 불소를 생산하기 위한 애노드는 침상 코크스 및 20 마이크론의 최대 입자 크기, 더욱 바람직하게는 10 마이크론 미만의 입자 크기, 1.6 g/cm3 초과의 밀도, 더욱 바람직하게는 1.7 g/cm3 초과의 밀도, 및 15% 미만의 다공도, 더욱 바람직하게는 10% 미만의 다공도를 지니는 바인더를 포함한다. 침상 코크스 및 바인더는 요망되는 형태로 모울딩될 수 있다.The microbeads may have a bead diameter of up to about 100 microns (e.g., about 1-100 microns in diameter). In an exemplary embodiment, the mesocarbon microbeads may have an average particle size ranging from about 1 to 5 microns in diameter. The mesocarbon microbeads can have a high specific surface area, for example, in the range of 1,000 to 4,000 m 2 / g. Similarly, also the density of the In other embodiments, the nitrogen trifluoride or the anode for the production of fluorine up to particles of needle coke, and 20 microns in size, more preferably a particle size of less than 10 micron, 1.6 g / cm 3 greater than, More preferably a density of greater than 1.7 g / cm < 3 >, and a porosity of less than 15%, more preferably less than 10%. The needle coke and the binder may be molded into a desired shape.

도 4는 적합한 유형의 메조상 탄소에 대한 X-선 회절(RXD) 패턴을 도시하고 있다. 상부에 표시 마크가 있는 예리한 피크는 분석 동안에 내부 보정 표준으로서 첨가되고 탄소 애노드의 일부가 아닌 ZnG로부터의 피크이다. 입증되는 바와 같이, 잘-결정화된 그라파이드가 존재하지 않음을 나타내는 XRD에서는 그라파이트 피크가 없다. XRD는 단지 탄소의 불량하게-등록된 그레핀-유형 평면을 나타내는 25 내지 30°의 하나의 광역 피크를 나타낸다. 메조상 탄소는 어떠한 잘-결정화된 또는 잘 형성된(well-formed) 그라파이트 또는 다른 결정 구조를 함유하지 않음을 나타내는 낮은 각도에서의 피크가 없다.Figure 4 shows an X-ray diffraction (RXD) pattern for a suitable type of meso-phase carbon. The sharp peaks with the mark at the top are peaks from ZnG that were added as an internal calibration standard during analysis and are not part of the carbon anode. As evidenced, there is no graphite peak in the XRD indicating that there is no well-crystallized grapid. XRD represents only one wide-band peak of 25 to 30 DEG representing a poorly-registered graphene-type plane of carbon. The meso-phase carbon does not have a peak at a low angle indicating that it does not contain any well-crystallized or well-formed graphite or other crystal structure.

또 다른 구체예에서, 애노드는, 최소량의 다공도로 최종 제품을 생성시키는 적합한 결합제와 결합된, 평행하게 정돈된 비등방성 코크스, 예컨대, 침상 코크스를 주로 포함한다. 방향족 피치, 메조상 피치, 및 코울타르 피치 등이 바람직한 바인더이지만, 산소-함유 바인더, 예컨대, 폴리푸르푸랄 알코올 또는 페놀계 수지는 덜 바람직하다. 모든 경우에, 애노드는 흑연화되지 않는다.In another embodiment, the anode mainly comprises a parallel ordered anisotropic coke, e.g., acicular coke, coupled with a suitable binder to produce the final product in a minimum amount of porosity. Aromatic pitch, mesophase pitch, and coar tar pitch are preferred binders, but oxygen-containing binders such as polyfurfural alcohol or phenolic resins are less preferred. In all cases, the anode is not graphitized.

침상 코크스 및 메조상 탄소 또는 메조카본 마이크로비드를 포함한 평행하게 정돈된 비등방성 코크스는, 예를 들어, 역청질 전구체, 예컨대, 코울타르, 코울타르 피치, 페트롤륨 중유, 디켄트 오일(decant oil), 열분해 잔류물, 페트롤륨 피치, 에멀젼-중합된 플라스틱, 합성 피치, 계면활성제, 또는 작은 분자를 가열하여 반복된 중축합을 통해서 저분자 물질이 고분자 물질로 전환되게 함으로써 생산될 수 있다. 평행하게 정돈된 비등방성 코크스 및 메조상 탄소는 또한 방향족 분자, 예컨대, 나프탈렌으로부터 합성적으로 생산될 수 있다. 예를 들어, 전구체 물질이 200 내지 600℃(전구체에 따라)에서 가열되어 "메조상" 그린 탄소 입자 또는 그린바디(greenbody)를 생성시킬 수 있다. 등방성 탄소가 임의로 용매 추출에 의해서 제거되어 순수한 메조상 탄소를 생성시킬 수 있다. 이어서, 그린 탄소 입자는 요망되는 모양으로 모울딩되거나 가압되고, 이어서, 소결하고 휘발물을 제거하기 위해서 베이킹될 수 있다. 메조상 탄소를 생산하는 다양한 방법, 예컨대, 국제특허 WO 2006/109497호 및 대한민국 특허 제10-2006-0138731호에 교시 및 기재된 방법이 공지되어 있다.Parallel ordered anisotropic cokes, including needle coke and meso-phase carbon or mesocarbon microbeads, can be used, for example, as bitumen precursors such as coir tar, coar tar pitch, petroleum heavy oil, decant oil, , Pyrolytic residues, petroleum pitch, emulsion-polymerized plastics, synthetic pitch, surfactants, or small molecules to convert the low molecular weight material into a polymeric material through repeated polycondensation. Parallel ordered anisotropic coke and meso-phase carbon can also be synthetically produced from aromatic molecules, such as naphthalene. For example, the precursor material can be heated at 200 to 600 占 폚 (depending on the precursor) to produce "meso-shaped" green carbon particles or a greenbody. Isotropic carbon may optionally be removed by solvent extraction to produce pure meso-phase carbon. The green carbon particles can then be molded or pressed into the desired shape, and then baked to sinter and remove volatiles. Various methods for producing meso-phase carbon are known, such as those taught and described in WO 2006/109497 and Korean Patent No. 10-2006-0138731.

침상 코크스, 메조상 탄소, 메조카본 마이크로비드, 또는 다른 형태의 평행하게 층화된 비등방성 코크스가 어떠한 적합한 공급자 또는 분배자, 예컨대, 한국에 사무소가 있는 CR Tech, 미국 뉴욕 로체스터에 사무소가 있는 MWI, 미국 오하이오 파르마에 사무소가 있는 Graftech International, 미국 팬실바이나 브리스톨에 사무소가 있는 Y-Carbon, 스위스 보디오에 사무소가 있는 Timcal Graphite and Carbon, Ltd., 중국 탕센에 사무소가 있는 Qinhuangdao Huarui Coal Chemicals Co., Ltd., 미국 뉴저지 아스버리에 사무소가 있는 Asbury Carbons, Inc., 미국 캘리포니아 리치몬드에 사무소가 있는 MTI Corporation, 중국 산동에 사무소가 있는 Linyi Gelon New Battery Materials Co., Ltd, 일본 오사카에 사무소가 있는 Osaka Gas Chemicals Co., Ltd, 독일 비스바덴에 사무소가 있는 SGL Carbon SE, 대만 카오시웅에 사무소가 있는 China Steel Chemical Corporation, 일본 아마가사키에 사무소가 있는 ROC, SEC Carbon, Ltd., 또는 비등방성 탄소를 생산하는 다른 공급자로부터 생산되거나 얻어질 수 있다.Such as needle coke, mesophase carbon, mesocarbon microbeads, or other types of parallel stratified anisotropic cokes, to any suitable supplier or distributor, such as CR Tech with offices in Korea, MWI with offices in Rochester, New York, USA, Graftech International with offices in Parma, Ohio, USA; Y-Carbon with offices in Pan-Silva or Bristol, USA; Timcal Graphite and Carbon, Ltd. with offices in Bodio, Switzerland; Qinhuangdao Huarui Coal Chemicals Co. with offices in Tangshan, China; Asbury Carbons, Inc., with offices in Asbury, New Jersey, USA; MTI Corporation, with offices in Richmond, California; Linyi Gelon New Battery Materials Co., Ltd, with offices in Shandong, China; Osaka Gas Chemicals Co., Ltd., SGL Carbon SE with offices in Wiesbaden, Germany, and Kao-Shi, Taiwan. Production from China Steel Chemical Corporation, Japan probably another supplier to produce the ROC, SEC Carbon, Ltd., or amorphous carbon, which has offices in Amagasaki or may be obtained.

평행하게 정돈된 비등방성 탄소가 애노드를 생성시키기 위해서 사용된다. 예를 들어, 애노드는 평행하게 정돈된 비등방성 코크스 및 적합한 피치 바인더의 배합물로부터 또는 메조카본 마이크로비드로부터 모울딩될 수 있다. 애노드는 본 기술분야에 공지된 어떠한 적합한 모울드 및 모울딩 기술을 이용함으로써 모울딩될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 코크스/피치 배합물 또는 메조카본 마이크로비드는 등압 압축되어(예를 들어, 냉간 등압 압축됨), 애노드를 형성시킨다. 냉간 등압 압축(Cold isostatic pressing: CIP)은 실질적으로 실온에서 모울드에 압력을 가함(예, 약 20 내지 25℃의 온도에서 모울드에 압력을 가하는 수단으로서 유체를 사용함)을 포함한다. 일부가 임의로 모울드에서 또는 그 동안에 가해진 압력하에 가열되어 형성 동안 피치 또는 메조탄소를 연화시킬 수 있다. 일부는 모울드로부터 방출된 후에 가열 또는 소결되거나 그렇지 않을 수 있다. 예시적인 구체예에서, 모울딩된 형태가 소결된다. 바인더, 예컨대, 피치가 사용되는 경우에, 바인더는 연화되고 이어서 용융되어 탄화되기 전의 코크스 입자들 사이의 간극을 충전시켜서 마무리된 바디를 함께 고정시킬 것이다. 반면, 메조카본 마이크로비드의 본성으로 인해서, 메조카본 마이크로비드는 저온(예, 약 400 내지 600℃)에서 자가-소결할 수 있다. 자가-소결은 마이크로비드가 가압되고 함께 융합되며, 소결되거나 가열되지만, 애노드 부분을 모울딩하고 소결하기 위해서 바인더, 수지, 또는 충전제 등을 필요로 하지 않음을 의미한다. 한 가지 구체예에서, 애노드는 모울딩되고 자가-소결된 메조카본 마이크로비드만으로 이루어진다. 평행하게 정돈된 비등방성 탄소 또는 메조카본은 또한 등압 압축, 단축 압축 또는 또는 압출을 포함하지만 이로 한정되지는 않는, 본 기술분야에 공지된 다른 기술을 사용하여 형성될 수 있다.Parallel ordered anisotropic carbon is used to produce the anode. For example, the anode can be modeled from a combination of parallel aligned anisotropic cokes and suitable pitch binders or from mesocarbon microbeads. The anode can be modeled by using any suitable modulation and modulation technique known in the art. In one embodiment, the coke / pitch combination or mesocarbon microbeads are isostatically compressed (e.g., cold isostatically compressed) to form the anode. Cold isostatic pressing (CIP) involves applying pressure to the mold at room temperature (e.g., using a fluid as a means of applying pressure to the mold at a temperature of about 20 to 25 DEG C). Some may optionally be heated under pressure applied at or during the mold to soften the pitch or meso carbon during formation. Some may be heated or sintered or not after being released from the mold. In an exemplary embodiment, the molded shape is sintered. If a binder, e.g., pitch, is used, the binder will soften and then fill the gaps between the coke particles before they are melted and carbonized to secure the finished body together. On the other hand, due to the nature of the mesocarbon microbeads, the mesocarbon microbeads can self-sinter at low temperatures (e.g., about 400-600 DEG C). Self-sintering means that the microbeads are pressed and fused together, sintered or heated but do not require a binder, resin, filler, or the like to mold and sinter the anode portion. In one embodiment, the anode is composed of only modulated and self-sintered mesocarbon microbeads. The parallelly anisotropic carbon or mesocarbon can also be formed using other techniques known in the art, including, but not limited to, isostatic pressing, uniaxial pressing, or extrusion.

또 다른 구체예에서, 적어도 하나의 안정화 보조제 또는 소결 보조제, 예컨대, 페놀계 수지가 산화 없이 또는 산화에 추가로 형성된 평행하게 정돈된 비등방성 탄소를 안정화시킬 목적으로 첨가될 수 있다. 안정화 보조제는 산소 또는 황을 함유할 수 있다. 예를 들어, 소량의 안정화 또는 소결 보조제, 예컨대, 페놀계 수지가 평행하게 정돈된 비등방성 탄소를 가교시키는 작용을 하고 탄화 공정 동안에 형태가 가열되는 때에 변형에 대한 내성을 부여하는 산소를 도입시키기 위해서 제공될 수 있다. 애노드는 10% 또는 그 미만, 8% 또는 그 미만, 5% 또는 그 미만, 3% 또는 그 미만, 또는 1 % 또는 그 미만의 안정화 또는 소결 보조제를 포함할 수 있다.In another embodiment, at least one stabilizing aid or sintering aid, such as a phenolic resin, may be added for the purpose of stabilizing the parallel aligned anisotropic carbon formed without oxidation or in addition to oxidation. The stabilizing adjuvant may contain oxygen or sulfur. For example, a small amount of a stabilizing or sintering aid, such as a phenolic resin, may be added to introduce an oxygen which acts to bridge the parallelly anisotropic carbon and imparts resistance to deformation when the shape is heated during the carbonization process Can be provided. The anode may comprise stabilizing or sintering aids of 10% or less, 8% or less, 5% or less, 3% or less, or 1% or less.

바람직한 구체예에서, 바인더, 기공 충전제, 또는 소결 보조제는 방향족 피치, 방향족 합성 피치, 또는 가열되는 때에 흑연화 탄소를 생성시키는 것으로 공지된 다른 탄소 전구체를 포함한다.In a preferred embodiment, the binder, porosity filler, or sintering aid comprises an aromatic pitch, an aromatic synthetic pitch, or other carbon precursor known to produce graphitized carbon when heated.

형성된 그린바디는 임의로, 예를 들어, 상승된 온도에서 공기중에 노출시킴으로써, 산화되어, 물리적인 형태를 안정화시키고, 후속 가열 동안 변형을 감소시키거나 제거할 수 있다. 달리 설명하면, 그린 바디는 공기 또는 산소-함유 가스중의 가열에 의해서 산화될 수 있다. 메조카본를 산화시키기에 적합한 조건은 본 기술분야에 공지되어 있다. 메조상 탄소 제품을 산화적으로 안정화시키기 위한 다양한 방법은 문헌[F. Fanjul, M. Granda, R. Santamaria, and R. Menendez, "On the chemistry of the oxidative stabilization and carbonization of carbonaceous mesophase." Fuel. 2002 Nov; 81 (16):2061-70]과 같은 문헌에 기재되어 있다.The green body formed may optionally be oxidized, for example, by exposure to air at elevated temperatures to stabilize the physical morphology and reduce or eliminate deformation during subsequent heating. In other words, the green body can be oxidized by heating in air or an oxygen-containing gas. Suitable conditions for oxidizing the mesocarbon are well known in the art. Various methods for oxidatively stabilizing a meso-phase carbon product are described in F. Fanjul, M. Granda, R. Santamaria, and R. Menendez, "On the chemistry of the oxidative stabilization and carbonization of carbonaceous mesophase." Fuel. 2002 Nov; 81 (16): 2061-70).

소결 처리 후에는 또한 치밀화 열처리, 예컨대, 약 500 내지 1500℃의 온도에서의 열처리가 이어질 수 있다. 모울딩된 애노드의 밀도 또는 겉보기 밀도는 약 1.60 내지 1.65g/cm3 범위의 낮은 밀도일 수 있다. 한 가지 구체예에서, 평행하게 정돈된 비등방성 탄소 (예, 메조카본 마이크로비드)로부터 형성된 애노드는 바람직하게는 약 1.7g/cm3 또는 그 초과의 높은 밀도를 지닌다. 또한, 평행하게 정돈된 비등방성 탄소를 포함하는 애노드가 낮은 다공도(예, 20% 미만의 다공도, 바람직하게는 15% 미만의 다공도, 더욱 바람직하게는 10% 미만의 다공도)를 지니는 것이 바람직할 수 있다.After the sintering treatment, densification heat treatment may also be carried out, for example, a heat treatment at a temperature of about 500 to 1500 ° C. The density or apparent density of the anodized anode may be a low density in the range of about 1.60 to 1.65 g / cm < 3 >. In one embodiment, the anode formed from parallel aligned anisotropic carbon (e.g., mesocarbon microbeads) preferably has a high density of about 1.7 g / cm 3 or more. It may also be desirable for an anode comprising parallel aligned anisotropic carbon to have low porosity (e.g., less than 20% porosity, preferably less than 15% porosity, more preferably less than 10% porosity) have.

애노드는 본 기술분야에서 공지된 전기분해 셀에서 통상적으로 사용되는 바와 같은 어떠한 적합한 크기 및 모양의 애노드일 수 있다. 예를 들어, 애노드 블레이드는 약 1.5 내지 2.5 피트 길이, 약 6 내지 10 인지 폭, 및 약 1 내지 3 인치 두께 범위일 수 있다. 애노드 블레이드는 평평하고/거나, 예를 들어, 미국특허 제5,290,413호 및 제4,511,440호에 기재된 바와 같이, 확대된 기하 표면적을 지니는 애노드 블레이드를 생산하기 위한 산업에서 공지된 표면적 또는 다른 특징을 개선시키기 위해서, 그루브, 릿지, 함임부, 및 피라미드 등을 포함한 다른 표면 특징을 포함할 수 있다. 애노드는 어떠한 적합한 활성 표면적을 지닐 수 있다. 애노드의 모양 및 물리적인 특징은 모울딩 공정 동안에 형성될 수 있거나, 이들은 통상적인 제조 기술을 사용한 그린바디를 형성시킨 후에 어떠한 시점에서 머시닝될 수 있다.The anode can be any suitable sized and shaped anode as is commonly used in electrolysis cells known in the art. For example, the anode blades can range in length from about 1.5 to 2.5 feet, from about 6 to 10 inches wide, and from about 1 to 3 inches thick. The anode blades may be flat and / or may be formed to improve the industry-known surface area or other characteristics for producing anode blades having an enlarged geometric surface area, for example, as described in U.S. Patent Nos. 5,290,413 and 4,511,440 , Grooves, ridges, recesses, and pyramids, and the like. The anode may have any suitable active surface area. The shape and physical characteristics of the anode can be formed during the molding process, or they can be machined at any point after forming the green body using conventional manufacturing techniques.

본 발명의 애노드는 바람직하게는 흑연화되지 않는다. 침상 코크스, 메조카본 마이크로비드, 및 통상적인 압출된 탄소 애노드를 포함한 흑연화된 탄소 물질은 전형적으로는 모울딩되거나, 압출되거나, 달리 형성된 후에 베이킹되어 휘발성 물질을 제거하고 벌크 탄소질 물질을 소결 또는 결합(consolidate)시킨다. 이러한 베이킹(baking)은 최대 약 1300℃의 온도에서 발생될 수 있다. 더 높은 온도, 전형적으로는 1500℃ 초과의 온도에서, 그러나, 탄소 물질의 유형에 따라서, 탄소는 더 큰 그라파이트형 도메인을 형성하기 시작하고, 전기 저항이 감소한다. 이는 흑연화라 일컬어진다. 많은 유형의 탄소 제품이 부분적으로 또는 완전히 흑연화된다. NF3 및 F2 생산을 위한 애노드는 바람직하게는 흑연화되지 않는데, 그 이유는 흑연화가 전기분해 셀에서 불량한 성능을 초래할 수 있기 때문이다(예, 그라파이트는 불소 생성물에 의해서 공격을 받으며, 또한, 전해질 중의 다양한 성분에 의한 삽입으로 인해서 붕해된다).The anode of the present invention is preferably not graphitized. Graphitized carbon materials, including needle coke, mesocarbon microbeads, and conventional extruded carbon anodes, are typically molded, extruded, or otherwise baked after they have been formed to remove volatile materials and sinter or bulk carbonaceous materials Consolidate. This baking can occur at temperatures up to about 1300 ° C. At higher temperatures, typically above 1500 ° C, however, depending on the type of carbon material, the carbon starts to form larger graphitic domains and the electrical resistance decreases. This is called graphitization. Many types of carbon products are partially or completely graphitized. The anode for NF 3 and F 2 production is preferably not graphitized because the graphitization can lead to poor performance in the electrolysis cell (eg graphite is attacked by fluorine products, Disintegrating due to insertion by various components in the electrolyte).

통상적인 압출된 애노드에 비해서, 침상 코크스 및 메조카본 마이크로비드를 포함한 평행하게 정돈된 비등방성 코크스를 포함하는 본 발명의 애노드는 많은 이점 예컨대: (1) CF4의 감소된 형성, 그에 따른 더 높은 순도의 NF3 및 F2의 제공, (2) 더 짧은 제조 시간(예를 들어, F2 생산에서 추가의 분리단계에 대한 필요 없이), (3) 마무리된 애노드를 생성시키기 위해 요구되는 더 적은 머시닝, (4) NF3 및 F2에 대한 더 적은 생산 비용으로 이어지는 애노드에 대한 더 적은 제조 비용, (5) 분극에 대한 개선된 내성, (6) 더 높은 전류밀도에서의 작동하는 능력, 및 (7) 저하된 작동 셀 전압을 제공한다.Compared to conventional extruded anodes, the anodes of the present invention, including parallel ordered anisotropic cokes including needle coke and mesocarbon microbeads, offer many advantages, such as: (1) reduced formation of CF 4 , resulting in a higher of NF 3 and F 2 with a purity of service, (2) a shorter manufacturing time (e.g., from F 2, without the need for additional separation step), and (3) less required to produce a finished anode (4) lower manufacturing costs for the anode leading to lower production costs for NF 3 and F 2 , (5) improved resistance to polarization, (6) ability to operate at higher current densities, and (7) provides a reduced operating cell voltage.

애노드를 형성시키기 위해서 평행하게 정돈된 비등방성 탄소를 사용함으로써, 통상적인 압출된 애노드에 비해서 CF4가 실질적으로 더 적거나 거의 없는 더 높은 순도로 질소 NF3 및 F2를 생산하는 것이 가능하다. 예를 들어, 공정은 순수한 NF3 또는 F2 중에 100 ppm(부피) 미만, 바람직하게는 75 ppm(부피) 미만, 더욱 바람직하게는 50 ppm(부피) 미만, 가장 바람직하게는 25 ppm(부피) 미만의 CF4를 생성시킬 수 있다. 따라서, 25 ppm은 백만 분자의 NF3 당 25 분자의 CF4 또는 백만 ml의 NF3 당 25 ml의 CF4와 동일하다. NF3 또는 F2를 생산하는 공정에서의 선택도는 또한 바람직하게는 높으며, 70% 또는 그 초과, 바람직하게는 80% 또는 그 초과, 더욱 바람직하게는 85% 또는 그 초과, 또는 또한 90% 또는 그 초과 정도의 NF3 또는 F2에 대한 선택도 일 수 있다.By using anisotropic carbons arranged in parallel to form the anode, it is possible to produce nitrogen NF 3 and F 2 at higher purity with substantially less or no CF 4 compared to conventional extruded anodes. For example, the process may be carried out in pure NF 3 or F 2 at less than 100 ppm (volume), preferably less than 75 ppm (volume), more preferably less than 50 ppm (volume), most preferably less than 25 ppm It may produce a less than CF 4. Thus, 25 ppm is the same as that of 25 million molecules per molecule of NF 3 or CF 4 ml of 25 million per ml of CF 4 NF 3. The selectivity in the process of producing NF 3 or F 2 is also preferably high and may be 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 85% or more, or even 90% or more It may be a selection for NF 3 or F 2 in excess of that.

침상 코크스 및 메조카본 마이크로비드 애노드를 포함하는 평행하게 정돈된 비등방성 코크스로부터 제조된 탄소 제품은 통상적인 습윤화 보조제 없이 개선된 습윤화 특성을 나타낼 수 있다. 통상적인 탄소 애노드는 종종 NF3 또는 F2의 생산 동안 전해질 및 전기화학적으로-생산된 화학종, 예컨대, 불소에 의한 이들의 상호작용의 결과로 저에너지 표면을 전개한다. 전해질에 의한 애노드 표면의 습윤화는 불량하게 되어 더 높은 셀 작동 전압 및 증가된 분극 성향을 유발시킨다. 예를 들어, 공지된 기하 표면적의 애노드가 40 wt% HF, 18 wt% NH4F, 및 42 wt% KF의 조성의 삼원 KF-HF-NH4F 용융 염 전해질의 전기분해를 통해서, 130℃ 또는 그 근처에서, 150 시간 이상 동안 70 mA/cm2, 더욱 바람직하게는 180 mA/cm2의 전류밀도에서, NF3를 생산하기 위해서 사용될 수 있다. 용융물로부터의 제거 및 약 실온으로의 냉각 시에, 애노드는 활성 표면을 물리적으로 연마하지 않으면서 물로 세정되고 건조될 수 있다. 이어서, 활성 표면의 표면 에너지가 공지된 표면장력 잉크 또는 마커("dyne pens")을 사용하여 측정될 수 있다.Carbon articles made from parallel ordered anisotropic cokes containing needle coke and mesocarbon microbead anodes can exhibit improved wetting properties without conventional wetting adjuvants. Conventional carbon anodes often develop low energy surfaces as a result of their interaction with electrolytes and electrochemically-produced species, such as fluorine, during the production of NF 3 or F 2 . The wetting of the anode surface by the electrolyte becomes poor, resulting in higher cell operating voltage and increased polarization tendency. For example, the electrolysis of a three-way KF-HF-NH 4 F molten salt electrolyte having a composition of 40 wt% HF, 18 wt% NH 4 F, and 42 wt% KF, Or nearby, to produce NF 3 at a current density of 70 mA / cm 2 , more preferably 180 mA / cm 2 for more than 150 hours. Upon removal from the melt and cooling to about room temperature, the anode may be cleaned and dried with water without physically polishing the active surface. The surface energy of the active surface can then be measured using known surface tension inks or markers ("dyne pens").

본 발명의 애노드는 활성 표면의 30% 이상의 150 시간 초과 후의 65 dyne/cm 또는 그 초과의 높은 표면 에너지를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 달리 설명하면, 평행하게 정돈된 비등방성 탄소를 포함하는 본 발명의 애노드는 습윤화제의 필요 없이 연장된 기간에 걸쳐서 보유된 습윤성을 나타낸다. 반면, 통상적인 압출된 탄소 애노드는 이러한 값 미만, 예를 들어, 종종 55 dyne/cm 미만의 표면 에너지를 나타내고, 습윤성을 개선시키기 위한 습윤화제를 필요로 한다. 예를 들어, 문헌[P. Hough, "Fluorine Production and Use - An Overview" in Electrochemistry in the Preparation of Fluorine and its Compounds, W. Childs and T. Fuchigami, eds., The Electrochemical Society, 1997]은 첨가제를 탄소내로 혼입시켜 습윤화를 향상시킴을 제시하고 있다. 유사하게 미국특허 제7,608,235호는 MgF2 또는 AlF3를 통상적인 탄소 애노드에 첨가하여 습윤화를 개선시키고 있다. 그러나, 이들과 같은 첨가제는 애노드에 대한 비용을 가중시키고 전해질 및 애노드 제조 설비를 오염시킬 수 있다.It has been found that the anode of the present invention exhibits a high surface energy of 65 dyne / cm or more after more than 30% of the active surface after 150 hours. In other words, the anodes of the present invention comprising parallelly arranged anisotropic carbon exhibit wettability retained over an extended period of time without the need for wetting agents. On the other hand, conventional extruded carbon anodes exhibit surface energies below this value, for example, often less than 55 dyne / cm, and require a wetting agent to improve wettability. See, e.g., P. Fluorine and its Compounds, W. Childs and T. Fuchigami, eds., The Electrochemical Society, 1997) improve the wetting by incorporating the additive into the carbon, as described in Hough, "Fluorine Production and Use - An Overview" . Similarly, U.S. Patent No. 7,608,235 improves wetting by adding MgF 2 or AlF 3 to conventional carbon anodes. However, such additives may add to the cost of the anode and may contaminate the electrolyte and anode fabrication facility.

놀랍게도, 다른 탄소 형태와는 달리, 애노드를 형성하는 평행하게 정돈된 비등방성 탄소, 예컨대, 메조카본 마이크로비드는 그러한 습윤화 첨가제에 대한 필요 없이 저-에너지 표면의 형성에 내성이어서, 통상적인 탄소 애노드 보다 더 높은 전류밀도에서 작동하는 능력 및 더 낮은 셀 작동 전압을 생성시킴이 밝혀졌다. 더 낮은 셀 전압은 NF3 또는 F2의 제조 동안 감소된 전력 소모률 유도하지만, 증가된 전류밀도가 주어진 셀로부터 더 많은 NF3 또는 F2가 생성되게 한다. 게다가, 애노드 조성물로부터의 통상적인 습윤화 보조제의 제거는 제조 공정에서의 비용 및 오염을 감소시킨다.Surprisingly, unlike other carbon forms, the parallel ordered anisotropic carbon, such as mesocarbon microbeads, that form the anode is resistant to the formation of low-energy surfaces without the need for such wetting additives, The ability to operate at higher current densities and lower cell operating voltages. The lower cell voltage is NF 3 Or a reduced power consumption rate during the fabrication of F 2 , but increased current density causes more NF 3 or F 2 to be generated from a given cell. In addition, removal of conventional wetting aids from the anode composition reduces cost and contamination in the manufacturing process.

통상적인 압출된 탄소 애노드 물질을 개선시키기 위한 다른 시도가 이루어졌다. 미국 공보 제2010/0193371호는 유리질 탄소상의 전도성 다이아몬드 필름의 사용을 기재하고 있다. 미국 공보 제2010/0252425호는 특수화된 X-레이 회절 패턴을 지닌 더욱 요망되는 탄소질 성분에 대한 충전제 또는 결합제로서 메조상 탄소의 사용을 제시하고 있다. 또한, 높은 다공도가 바람직하고, 특수화된 탄소질 물질이 애노드로서 잘 수행하는 전도성 다이아몬도 코팅을 필요로 하는 것을 제시하고 있다. 본 발명은 비싼 다이아몬드 필름을 필요로 하지 않는다. 대신에, 본 발명은 적절히 제조된 평행하게 정돈된 비등방성 탄소 물질이 애노드 물질로서 유리함을 확립시키고 있다. 평행하게 정돈된 비등방성 탄소는 낮은 다공도, 예를 들어, 15% 미만, 또는 10% 미만의 다공도를 나타낼 수 있다. 추가로, 본 발명의 평행하게 정돈된 비등방성 탄소 물질은 결정화된 잘-형성된 그라파이트 또는 다른 결정상을 필요로 하는 미국 공보 제2010/0252425호에서 특정된 회절 패턴을 나타내지 않는다. 상기 논의된 바와 같이, 본 발명의 평행하게 정돈된 비등방성 탄소 물질은 25 내지 30°의 광역 피크가 아닌 뚜렷한 회절 피크를 함유하지 않아서, 평행하게 정돈된 비등방성 탄소가 어떠한 잘-형성된 그라파이트 또는 다른 결정 구조를 함유하지 않음을 나타낸다. Other attempts have been made to improve conventional extruded carbon anode materials. U.S. Publication No. 2010/0193371 describes the use of a conductive diamond film on glassy carbon. U.S. Publication No. 2010/0252425 proposes the use of mesocarban carbon as a filler or binder for more desirable carbonaceous components with a specialized X-ray diffraction pattern. It also suggests that a high degree of porosity is desirable and that a specialized carbonaceous material requires a conductive diamond coating that performs well as an anode. The present invention does not require an expensive diamond film. Instead, the present invention establishes that a suitably fabricated parallel ordered anisotropic carbon material is advantageous as an anode material. Anisotropic carbons arranged in parallel may exhibit low porosity, e.g., less than 15%, or less than 10% porosity. Additionally, the parallel ordered anisotropic carbon material of the present invention does not exhibit the diffraction pattern specified in U.S. Publication No. 2010/0252425, which requires crystallized well-formed graphite or other crystalline phases. As discussed above, the parallel-ordered anisotropic carbon material of the present invention does not contain a pronounced diffraction peak that is not a wide-band peak of 25 to 30 degrees, so that the parallel aligned anisotropic carbon is any well-formed graphite or other And does not contain a crystal structure.

전기분해 셀Electrolysis cell

한 가지 구체예에서, 본 발명은 평행하게 정돈된 비등방성 탄소(예, 메조카본 마이크로비드)를 포함하는 애노드, 캐소드, 및 전해질 조성물을 포함하는, 삼불화질소 또는 불소를 생산하는 전기분해 셀을 제공한다. 전기분해 셀은 삼불화질소 또는 불소를 생성시키도록 작동된다. 삼불화질소 또는 불소를 형성시키는 공정은, 예를 들어, 전기분해 셀을 사용하여 전해질을 전기분해시킴을 포함한다. 본 기술분야에 공지된 어떠한 적합한 전기분해 셀은 본 기술분야의 전문가에 의해서 선택될 수 있다.In one embodiment, the present invention provides an electrolytic cell that produces nitrogen trifluoride or fluorine, comprising an anode, a cathode, and an electrolyte composition comprising an aligned anisotropic carbon (e.g., a mesocarbon microbead) to provide. The electrolysis cell is operated to produce nitrogen trifluoride or fluorine. The process of forming nitrogen trifluoride or fluorine includes, for example, electrolysis of the electrolyte using an electrolysis cell. Any suitable electrolysis cell known in the art may be selected by one skilled in the art.

예를 들어, 전기분해 셀은 불활성 벽으로 구성되고 전해질을 함유하기 위한 용기 또는 하우징(housing)을 포함할 수 있다. 애노드 및 캐소드는 직류 전류의 공급원에 연결될 수 있다. 예를 들어, 전극이 전해질 내로의 침지를 위해서 용기 내에 위치되어서, 전류가 가해지는 때에 전극이 전기화학적 애노드 및 캐소드를 이루게 할 수 있다. 불소 또는 삼불화질소가 애노드에서 생성되고 수소가 캐소드에서 생성되는 때의 전기분해 동안에 불소 또는 삼불화질소가 수소와 혼합되는 것을 방지하기 위한 격벽 또는 분리 스커트가 배치될 수 있다. 일반적으로, 그러한 격벽은 수직으로 위치된다.For example, the electrolytic cell may comprise an inert wall and a container or housing for containing the electrolyte. The anode and the cathode may be connected to a source of direct current. For example, an electrode can be placed in a container for immersion into an electrolyte, so that the electrode can form an electrochemical anode and cathode when an electric current is applied. A partition or a separating skirt may be disposed to prevent fluorine or nitrogen trifluoride from mixing with hydrogen during electrolysis when fluorine or nitrogen trifluoride is produced at the anode and hydrogen is produced at the cathode. Typically, such partition walls are positioned vertically.

셀의 부식성 조건에 노출되는 때에 어떠한 물질이 내구성이 있는 한 그러한 물질이 셀의 부품을 구성시키기 위해서 사용될 수 있다. 셀 바디 및 분리 스커트에 유용한 물질은 본 기술분야의 전문가에게는 공지된 철, 스테인리스 스틸, 탄소 스틸, 니켈, 또는 니켈 합금, 예컨대, MONEL®, 및 TEFLON® 등이다. 캐소드를 위한 구성 물질(들)은 캐소드가 본 기술분야의 전문가에게는 공지된 목적에 유용한 물질, 예컨대, 니켈, 탄소 스틸, 및 철로 제조되는 한 특별히 제한되지 않는다.As long as any material is durable when exposed to the corrosive conditions of the cell, such material can be used to constitute a part of the cell. Materials useful for cell bodies and separating skirts include iron, stainless steel, carbon steel, nickel, or nickel alloys known to those skilled in the art, such as MONEL®, and TEFLON®. The constituent material (s) for the cathode is not particularly limited as long as the cathode is made of materials useful for the purpose known to those skilled in the art, such as nickel, carbon steel, and iron.

도 2는 본 발명에 따른 삼불화질소 또는 불소의 생산에 적합할 수 있는 전기분해 셀 장치의 한 가지 예에 대한 개략적인 표현을 도시하고 있다. 전기분해 셀 장치는 전기분해기 바디(26), 측면(51, 52) 및 상부 리드 또는 덮개(28)를 지니는 전기분해 셀(25)을 포함할 수 있다. 셀(25)은 수직으로 배치된 가스 분리 스커트(19) 및 격막(22)에 의해서 애노드 챔버(17)과 캐소드 챔버(18)로 분할되어 있다. 애노드(20)는 애노드 챔버(17) 내에 배치되고, 캐소드(21)는 캐소드 챔버(18) 내에 배치된다. 전해질(23)은 전기분해 셀(25) 내에 배치되며, 전해질(23)의 수준(27)은 전기분해 셀(25)의 바닥 표면(53) 위의 전해질(23)의 높이이다. 전해질(23)의 수준은 수준 표시기(31)에 의해서 측정될 수 있고, 그러한 수준(27)은, 예를 들어, 높은 수준 설정점(32)과 낮은 수준 설정점(33) 사이에서 조절될 수 있다. 추가적으로, 전해질(23)의 조성물은 전해질 샘플 포트(41)에 의해서 샘플링될 수 있다.Figure 2 shows a schematic representation of an example of an electrolytic cell device which may be suitable for the production of nitrogen trifluoride or fluorine according to the present invention. The electrolytic cell arrangement may include an electrolytic cell 25 having an electrolytic body 26, sides 51 and 52 and an upper lead or lid 28. The cell 25 is divided into an anode chamber 17 and a cathode chamber 18 by a vertically disposed gas separation skirt 19 and a diaphragm 22. The anode 20 is disposed in the anode chamber 17 and the cathode 21 is disposed in the cathode chamber 18. The electrolyte 23 is disposed in the electrolytic cell 25 and the level 27 of the electrolyte 23 is the height of the electrolyte 23 on the bottom surface 53 of the electrolytic cell 25. [ The level of the electrolyte 23 can be measured by a level indicator 31 and such level 27 can be adjusted, for example, between a high level set point 32 and a low level set point 33 have. In addition, the composition of the electrolyte 23 can be sampled by the electrolyte sample port 41.

전기분해 셀(25)은 전해질(23)을 형성시키는 원료 또는 성분을 공급하기 위한 공급 튜브(12 및 16)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 공급 튜브(12 및 16)은 캐소드 챔버(18) 내에 제공된다. 애노드 챔버(17)는 전기분해 셀(25)로부터의 생성물 가스 혼합물(예, NF3 또는 F2)을 배출시키기 위한 애노드 생성물 출구 파이프(11)를 지닐 수 있다. 캐소드 챔버(18)은 전기분해 셀(25)로부터의 가스를 배출시키기 위한 캐소드 생성물 출구 파이프(13)를 지닐 수 있다. 전기분해 셀(25)은 전기분해 동안에 적절한 공정 파라미터를 조절하기 위해서 온도 검출기(30), 및 온도 조절 수단(29) 등을 포함할 수 있다.The electrolytic cell 25 may include supply tubes 12 and 16 for supplying raw materials or components forming the electrolyte 23. Generally, feed tubes 12 and 16 are provided in the cathode chamber 18. The anode chamber 17 may have an anode product outlet pipe 11 for discharging the product gas mixture (e.g., NF 3 or F 2 ) from the electrolytic cell 25. The cathode chamber 18 may have a cathode product outlet pipe 13 for discharging gas from the electrolytic cell 25. The electrolytic cell 25 may include a temperature detector 30, and temperature regulating means 29, etc., for adjusting the appropriate process parameters during electrolysis.

요망되는 경우, 본 발명의 전기분해 장치는 추가의 부품, 예컨대, 애노드와 캐소드 챔버(17,18) 내의 퍼지 가스 파이프 연결부를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 퍼지 가스 공급원, 예컨대, 질소가 안전 이유로 전기분해 셀(25)의 퍼지를 제공하기 위해서, 막힌 파이프를 위한 블로우-아웃(blow-out) 수단을 제공하기 위해서, 또한 달리 입구 및 출구 튜브 및 파이프 및 다른 기구의 적절한 기능화를 제공하기 위해서 전기분해 셀(25)의 애노드 챔버(17) 및/또는 캐소드 챔버(18)에 연결(도시되지 않음)될 수 있다. If desired, the electrolytic apparatus of the present invention may further comprise additional components, for example a purge gas pipe connection in the anode and cathode chambers 17,18. For example, in order to provide a purge gas source, e.g., nitrogen, to provide purging of the electrolysis cell 25 for safety reasons, to provide a blow-out means for the clogged pipe, (Not shown) to the anode chamber 17 and / or the cathode chamber 18 of the electrolysis cell 25 to provide proper functionalization of the tubes, pipes and other instruments.

셀(25)이 작동하는 때에, 삼불화질소 또는 불소 함유 가스가 애노드(20)에서 생성되고 수소가 캐소드(21)에서 생성된다. 삼불화질소를 생산하기 위해서 사용되는 때에, 애노드 챔버(17)에서 생성되는 가스는, 예를 들어, 삼불화질소(NF3), 질소(N2) 및 불소(F2)를 포함할 수 있다. 불소를 생산하기 위해서 사용되는 때에, 애노드 챔버(17)에서 생성되는 가스는 예를 들어 불소(F2)를 포함할 수 있다. 추가로, HF가 임의로 애노드 챔버(17)와 캐소드 챔버(18) 둘 모두를 떠나는 가스 중에 존재할 수 있다.When the cell 25 is in operation, nitrogen trifluoride or a fluorine-containing gas is produced in the anode 20 and hydrogen is generated in the cathode 21. The gas produced in the anode chamber 17 when used to produce nitrogen trifluoride may include, for example, nitrogen trifluoride (NF 3 ), nitrogen (N 2 ) and fluorine (F 2 ) . When used to produce fluorine, the gas produced in the anode chamber 17 may contain, for example, fluorine (F 2 ). In addition, HF may optionally be present in the gas leaving both the anode chamber 17 and the cathode chamber 18.

도 3은 도 3에 도시된 셀(25)이 단지 하나의 애노드 챔버(17)와 하나의 캐소드 챔버(18)를 포함함을 제외하고는 도 2에 도시된 셀과 유사한 전기분해 셀의 횡단면도를 도시하고 있다. 애노드 챔버(17)은 하나의 애노드(20)를 지니며, 캐소드 챔버(18)은 하나의 캐소드(21)를 지닌다. 도 2 및 도 3에서 유사한 부품은 동일하게 번호부여된다.Figure 3 shows a cross-sectional view of an electrolysis cell similar to the cell shown in Figure 2 except that the cell 25 shown in Figure 3 includes only one anode chamber 17 and one cathode chamber 18 Respectively. The anode chamber 17 has one anode 20 and the cathode chamber 18 has one cathode 21. 2 and 3, like parts are numbered identically.

도 3에서 도시된 셀(25)은 전기분해 셀(25)을 위한 제어 공정 또는 작업자에 의해서 특정된 표적 범위내로 증가되거나 감소될 수 있는 수준으로 애노드 전류 연결부(14)를 통해서 애노드(20)에 그리고 캐소드 전류 연결부(15)를 통해서 캐소드(21)에 전류를 공급하는 전류 제어기(39)를 포함한다.The cell 25 shown in Figure 3 is connected to the anode 20 via the anode current connection 14 to a level that can be increased or decreased within the target range specified by the control process or operator for the electrolysis cell 25. [ And a current controller 39 for supplying current to the cathode 21 through the cathode current connection 15.

특정의 전기분해 셀(25)이 본원에서 기재되고 도시되어 있지만, 셀(25)는 공지된 또는 이후 개발되는 셀 디자인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀 유형은 문헌[Fluorine, The First Hundred Years, R.E. Banks, D.W.A. Sharp, and J.C. Tatlows, eds. Elsevier Sequoia, Netherlands, 1986]에 기재된 ICI 불소 셀 디자인을 포함할 수 있다.Although a particular electrolysis cell 25 is described and illustrated herein, the cell 25 may include a known or later developed cell design. For example, cell types are described in Fluorine, The First Hundred Years, R.E. Banks, D.W.A. Sharp, and J.C. Tatlows, eds. Elsevier Sequoia, Netherlands, 1986].

NFNF 33 또는 F Or F 22 의 생산Production of

전기분해 셀은 NF3, F2 또는 이들 둘 모두를 생산할 수 있고, 공정은 실질적으로 유사하다. NF3 또는 F2의 생산 사이의 작은 차이는 상이한 전해질 용액 및 상이한 작동 조건의 사용을 포함한다. 달리, 두 공정은 실질적으로 동일하다. 셀은 거의 상호교환가능하고, 둘 모두의 공정에서 사용되는 애노드가 본원에서 기재된 동일한 평행하게 정돈된 비등방성 탄소-기반 애노드 물질이다. 상기 주지된 바와 같이, 요망되지 않는 부산물 CF4가 두 공정 모두에서 생성된다. 유일한 차이는 CF4와 F2가 증류에 의해서 분리될 수 있는 반면, CF4와 NF3는 실시상 분리될 수 없다는 것이다. 어느 경우이든지, CF4를 생성시키지 않는 것이 바람직한데, 그 이유는 분리가 추가의 공정 단계를 필요로 하기 때문이다. The electrolysis cell can produce NF 3 , F 2, or both, and the process is substantially similar. The small difference between the production of NF 3 or F 2 involves the use of different electrolyte solutions and different operating conditions. Otherwise, the two processes are substantially the same. The cells are nearly interchangeable and the anode used in both processes is the same parallel-ordered anisotropic carbon-based anode material described herein. As noted above, undesired by-product CF 4 is produced in both processes. The only difference is that CF 4 and F 2 can be separated by distillation while CF 4 and NF 3 can not be separated in practice. In either case, it is preferable not to generate CF 4 , since the separation requires additional processing steps.

(a) (a) NFNF 33 의 생산Production of

삼불화질소는 삼불화질소를 제조하기에 유용한 어떠한 공지된 전해질을 포함하는 전해질과 함께 본 발명의 전기분해 장치를 사용함으로써 생산될 수 있다. 예를 들어, 적합한 전해질은 삼원 전해질(예, 암모늄 플루오라이드(NH4F), 포타슘 플루오라이드(KF), 및 하이드로겐 플루오라이드(HF)의 HF-함유 용융 염)을 포함할 수 있다. 추가로, 용융염 전해질은 또한 다른 첨가제, 예컨대, 세슘 플루오라이드, 및 리튬 플루오라이드 등을 함유할 수 있다. 예시적인 구체예에서, 삼원 전해질 조성물은 약 35-45 wt% HF, 약 15-25 wt% NH4F, 및 약 40-45 wt% KF를 포함할 수 있다. 농도는 mol % NF4F 및 HF 비율을 고려하여 표현될 수 있다. HF는 하기 방정식에 의해서 정의된다:Nitrogen trifluoride can be produced by using the electrolytic apparatus of the present invention together with electrolytes containing any known electrolytes useful for producing nitrogen trifluoride. For example, suitable electrolytes may include ternary electrolytes (e.g., HF-containing molten salts of ammonium fluoride (NH 4 F), potassium fluoride (KF), and hydrogen fluoride (HF)). In addition, the molten salt electrolyte may also contain other additives such as cesium fluoride, lithium fluoride, and the like. In an exemplary embodiment, the ternary electrolyte composition may comprise about 35-45 wt% HF, about 15-25 wt% NH 4 F, and about 40-45 wt% KF. The concentration can be expressed in terms of mol% NF 4 F and HF ratio. HF is defined by the following equation:

HF 비율 = (중성 pH로 적정 가능한 HF의 mol)/(NH4F(mol)+KF(mol)).HF = ratio (mol of titratable HF to neutral pH) / (NH 4 F ( mol) + KF (mol)).

HF 비율은 전해질 중의 염에 대한 용매의 비율을 나타낸다. 삼원 전해질에 의한 일부 구체예에서, 14 wt% 내지 24 wt%, 더욱 바람직하게는 16 wt% 내지 21 wt%, 가장 바람직하게는 17.5 wt% 내지 19.5 wt% 범위의 NH4F 농도로; 바람직하게는 1.3 내지 1.7, 더욱 바람직하게는 1.45 내지 1.6, 가장 바람직하게는 1.5 내지 1.55의 HF 비율로 전기분해 셀을 작동시키는 것이 바람직할 수 있다. 다른 구체예에서, 바람직한 농도 범위는 작동 조건, 예컨대, 인가된 전류 및 전해질 온도에 따라서 다양할 수 있다. 전기분해 셀의 높은 효율과 안전한 작동 사이의 균형을 기초로 하는 농도 범위를 선택하는 것이 바람직하다.The HF ratio represents the ratio of the solvent to the salt in the electrolyte. In some embodiments with a ternary electrolyte, an NH 4 F concentration in the range of 14 wt% to 24 wt%, more preferably 16 wt% to 21 wt%, and most preferably 17.5 wt% to 19.5 wt%; It may be desirable to operate the electrolysis cell at a HF ratio of preferably 1.3 to 1.7, more preferably 1.45 to 1.6, and most preferably 1.5 to 1.55. In other embodiments, the preferred concentration range may vary depending on operating conditions, such as applied current and electrolyte temperature. It is desirable to select a concentration range based on a balance between high efficiency and safe operation of the electrolysis cell.

본 발명은 어떠한 특정의 전해질 조성물 및 본원에서 참조된 어떠한 설명으로 한정되지 않으며, 예를 들어, 삼원 전해질은 단지 편리를 위한 것이다. NF3를 제조하기에 유용한 어떠한 전해질이 설명으로 대체될 수 있으며, 본 발명에서 포함됨을 이해해야 한다.The present invention is not limited to any particular electrolyte composition and any description referred to herein, for example, the ternary electrolyte is for convenience only. It should be understood that any electrolyte useful in making NF 3 may be substituted for the description and included in the present invention.

삼불화질소 전기분해 공정은 온도 및 전류밀도를 포함한 본 기술분야에서 공지된 적절한 조건하에 수행될 수 있다. 예를 들어, 삼불화질소는 약 100 내지 140℃, 바람직하게는 약 120 내지 130℃의 온도 및 최대 250 mA/cm2의 전류밀도에서 생산될 수 있다.The nitrogen trifluoride electrolysis process may be performed under suitable conditions known in the art including temperature and current density. For example, nitrogen trifluoride can be produced at a temperature of about 100 to 140 DEG C, preferably about 120 to 130 DEG C and a current density of up to 250 mA / cm < 2 >.

(b) F(b) F 22 의 생산Production of

불소의 경우에, 불소-생산 전해질은 이원 전해질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이원 전해질은 HF 및 KF의 하이드로겐 플루오라이드(HF)-함유 용융염을 포함할 수 있다. 추가로, HF-함유 용융염 전해질은 또한 다른 첨가제, 예컨대, 암모늄 플루오라이드, 세슘 플루오라이드, 및 리튬 플루오라이드 등을 함유할 수 있다. In the case of fluorine, the fluorine-producing electrolyte may comprise a binary electrolyte. For example, the binary electrolyte may include a hydrogen fluoride (HF) -containing molten salt of HF and KF. In addition, the HF-containing molten salt electrolyte may also contain other additives such as ammonium fluoride, cesium fluoride, and lithium fluoride.

HF 비율은 전기분해 셀의 높은 효율과 안전한 작동 사이의 균형을 달성하기 위해서 상기 설명된 것과 유사할 수 있으며, 하기와 같이 정의될 수 있다:The HF ratio can be similar to that described above to achieve a balance between high efficiency and safe operation of the electrolysis cell and can be defined as:

HF 비율 = (중성 pH로 적정 가능한 HF의 mol)/(KF(mol)). HF ratio = (mol of HF titratable to neutral pH) / (KF (mol)).

본 발명은 어떠한 특정의 전해질 조성물 및 본원에서 참조된 어떠한 설명으로 한정되지 않으며, 예를 들어, 이원 전해질은 단지 편리를 위한 것이다. F2를 제조하기에 유용한 어떠한 전해질이 설명으로 대체될 수 있으며, 본 발명에서 포함됨을 이해해야 한다.The present invention is not limited to any particular electrolyte composition and any description referred to herein, for example, the binary electrolyte is for convenience only. It should be understood that any electrolyte useful for making F 2 may be substituted for the description and included in the present invention.

불소 전기분해 공정은 온도 및 전류밀도를 포함한 본 기술분야에서 공지된 적절한 조건하에 수행될 수 있다. 예를 들어, 불소는 약 80 내지 90℃의 온도 및 최대 250 mA/cm2의 전류밀도에서 생산될 수 있다.The fluorine electrolysis process may be performed under suitable conditions known in the art, including temperature and current density. For example, fluorine can be produced at a temperature of about 80 to 90 DEG C and a current density of up to 250 mA / cm < 2 >.

실시예Example

실시예Example 1- One- 메조카본Mesocarbon 애노드에On the anode 의한  by NFNF 33 의 생산Production of

조성 40 wt% HF, 19.5 wt% NH4F, 및 40.5 wt% KF를 지니는 삼원 전해질을 250ml의 실험실 셀에서 전기분해하여 NF3를 생성시켰다. 캐소드는 탄소 스틸이었으며, 셀에는 Cu/CuF2 기준 전극이 구비되었다. 애노드는 2.25cm2의 활성 면적을 지니는 등압-압축된 메조카본 마이크로비드였다. 애노드 및 캐소드 생성물 가스는 액체 라인 아래에서 연장된 TEFLON® 스커트에 의해서 분리 유지되었다. 셀을 130℃에서 작동시켰다. 전기분해는 70 mA/cm2의 인가된 전류밀도에 의해서 정전류 방식으로 수행되었다. 애노드 가스를 셀이 안정한 상태에 도달되게 한 후에 가스크로마토그래피에 의해서 분석하였다.The composition A ternary electrolyte having 40 wt% HF, 19.5 wt% NH 4 F, and 40.5 wt% KF was electrolyzed in a 250 mL laboratory cell to produce NF 3 . The cathode was carbon steel and the cell was equipped with a Cu / CuF 2 reference electrode. The anode was isobaric-compressed mesocarbon microbeads with an active area of 2.25 cm 2 . The anode and cathode product gases were kept separated by a TEFLON® skirt extending below the liquid line. The cell was operated at 130 < 0 > C. The electrolysis was carried out in a constant current manner by an applied current density of 70 mA / cm < 2 >. The anode gas was analyzed by gas chromatography after the cell reached a stable state.

애노드 가스는 순수한 NF3 기준으로 71 ppm CF4를 함유하였다. NF3에 대한 선택도는 70.7%였으며 다음과 같이 정의된다:The anode gas contained 71 ppm CF 4 on a pure NF 3 basis. The selectivity for NF 3 was 70.7% and is defined as:

NF3 선택도 = (생성된 NF3의 mol)/(생성된 NF3의 mol+생성된 N2의 mol).NF 3 selectivity = (mol of produced NF 3 ) / (mol of produced NF 3 + mol of produced N 2 ).

70 mA/cm2에서 애노드로서 150 시간 초과의 작동 후에, 애노드는 전해질로부터 제거되고, 실온으로 냉각되고, 활성 표면을 연마하지 않으면서 물로 세척되고, 약 50%의 표면에 걸쳐서, 이러한 값 위의 표면 에너지를 나타내는, 70 dyne/cm 잉크(높은 표면 에너지 잉크)에 의해서 잘 습윤화되었다. 나머지 표면은 58 dyne/cm 잉크에 의해서 습윤화되었다.After an operation of more than 150 hours as the anode at 70 mA / cm 2 , the anode is removed from the electrolyte, cooled to room temperature, washed with water without abrading the active surface, It was well wetted by 70 dyne / cm ink (high surface energy ink), representing surface energy. The remaining surface was wetted by 58 dyne / cm ink.

비교예Comparative Example 1-통상적인  1- Typical 애노드Anode

애노드가 통상적인 압출된 탄소 애노드로 대체됨을 제외하고는 실시예 1에서 기재된 전기분해를 반복하였다. 활성 애노드 면적은 2.25 cm2로 유지시켰다. 애노드 가스는 341 ppm CF4(순수한 NF3 기준으로)를 함유하였으며, NF3에 대한 선택도는 89.9%였다. 애노드는 150 시간 초과의 작동 후에 제거되고, 실시예 1에서와 동일한 시험에 주어졌으며, 그러한 동안에, 애노드는 단지 50 dyne/cm에 의해서 습윤화되었지만, 어떠한 더 높은 표면 에너지 잉크에 의해서는 습윤화되지 않았다.The electrolysis described in Example 1 was repeated except that the anode was replaced with a conventional extruded carbon anode. The active anode area was maintained at 2.25 cm < 2 & gt ;. The anode gas contained 341 ppm CF 4 (on a pure NF 3 basis) and the selectivity to NF 3 was 89.9%. The anode was removed after more than 150 hours of operation and given the same test as in Example 1, during which the anode was only wetted by 50 dyne / cm, but not by any higher surface energy ink I did.

실시예Example 2- 2- 메조카본Mesocarbon 애노드에On the anode 의한  by NFNF 33 의 생산Production of

조성 37.5 wt% HF, 18.3 wt% NH4F, 및 44.2 wt% KF를 지니는 삼원 전해질을 250ml의 실험실 셀에서 전기분해하여 NF3를 생성시켰다. 캐소드는 탄소 스틸이었으며, 셀에는 Cu/CuF2 기준 전극이 구비되었다. 애노드는 2,25cm2의 활성 면적을 지니는 등압-압축된 메조카본 마이크로비드였다. 애노드 및 캐소드 생성물 가스는 액체 라인 아래에서 연장된 TEFLON? 스커트에 의해서 분리 유지되었다. 셀을 139℃에서 작동시켰다. 전기분해는 100 mA/cm2의 인가된 전류밀도에 의해서 정전류 방식으로 수행되었다. 애노드 가스를 셀이 안정한 상태에 도달되게 한 후에 가스크로마토그래피에 의해서 분석하였다. 애노드는 순수한 NF3 기준으로 20 ppm CF4를 함유하였다. NF3에 대한 선택도는 77.6%였다.Composition A ternary electrolyte having 37.5 wt% HF, 18.3 wt% NH 4 F, and 44.2 wt% KF was electrolyzed in a 250 mL laboratory cell to produce NF 3 . The cathode was carbon steel and the cell was equipped with a Cu / CuF 2 reference electrode. The anode was an isobaric-compressed mesocarbon microbead with an active area of 2,25 cm 2 . The anode and cathode product gases were separated by a TEFLON? Skirt extending below the liquid line. The cell was operated at 139 占 폚. The electrolysis was carried out in a constant current manner by an applied current density of 100 mA / cm < 2 >. The anode gas was analyzed by gas chromatography after the cell reached a stable state. The anode contained 20 ppm CF 4 on a pure NF 3 basis. The selectivity for NF 3 was 77.6%.

비교예Comparative Example 2-통상적인  2- Typical 애노드Anode

애노드가 통상적인 압출된 탄소 애노드로 대체됨을 제외하고는 실시예 2에서 기재된 전기분해를 반복하였다. 활성 애노드 면적은 2.25 cm2로 유지시켰다. 애노드 가스는 70 ppm CF4(순수한 NF3 기준으로)를 함유하였으며, NF3에 대한 선택도는 87.0%였다.The electrolysis described in Example 2 was repeated except that the anode was replaced with a conventional extruded carbon anode. The active anode area was maintained at 2.25 cm < 2 & gt ;. The anode gas contained 70 ppm CF 4 (on a pure NF 3 basis) and the selectivity for NF 3 was 87.0%.

실시예Example 3A-저밀도  3A-low density 메조카본Mesocarbon 애노드에On the anode 의한  by NFNF 33 의 생산Production of

HF, NH4F, 및 KF를 함유하는 삼원 전해질을 250ml의 실험실 셀에서 전기분해하여 NF3를 생성시켰다. 캐소드는 탄소 스틸이었으며, 셀에는 Cu/CuF2 기준 전극이 구비되었다. 애노드는 2.25cm2의 활성 면적을 지니는 저밀도(1.60 g/cm3)의 등압-압축된 메조카본 마이크로비드였다. 애노드 및 캐소드 생성물 가스는 액체 라인 아래에서 연장된 TEFLON? 스커트에 의해서 분리 유지되었다. 셀을 130℃에서 작동시켰다. 전기분해는 70 mA/cm2의 인가된 전류밀도에 의해서 정전류 방식으로 수행되었다. 애노드 가스를 셀이 안정한 상태에 도달되게 한 후에 가스크로마토그래피에 의해서 분석하였다. 애노드 가스는 순수한 NF3 기준으로 61 ppm CF4를 함유하였다. NF3에 대한 선택도는 82.3%였다. 애노드는 실시예 1에 기재된 바와 같이 표면 에너지에 대해서 평가되었으며, 약 40%의 표면에 걸쳐서 70 dyne/cm 잉크에 의해서 습윤화되었고, 나머지 영역은 58 dyne/cm 잉크에 의해서 습윤화되었다.The ternary electrolyte containing HF, NH 4 F, and KF was electrolyzed in a 250 ml laboratory cell to produce NF 3 . The cathode was carbon steel and the cell was equipped with a Cu / CuF 2 reference electrode. The anode of the constant pressure low-density (1.60 g / cm 3) having an active area of 2.25cm 2 - was compressed mesocarbon microbeads. The anode and cathode product gases were separated by a TEFLON? Skirt extending below the liquid line. The cell was operated at 130 < 0 > C. The electrolysis was carried out in a constant current manner by an applied current density of 70 mA / cm < 2 >. The anode gas was analyzed by gas chromatography after the cell reached a stable state. The anode gas contained 61 ppm CF 4 on a pure NF 3 basis. The selectivity for NF 3 was 82.3%. The anode was evaluated for surface energy as described in Example 1, wetted by 70 dyne / cm of ink over a surface of about 40%, and the remaining area was wetted by 58 dyne / cm of ink.

실시예Example 3B-고밀도  3B - High density 메조카본Mesocarbon 애노드에On the anode 의한  by NFNF 33 의 생산Production of

애노드를 고밀도(≥1.70 g/cm3)의 등압-압축된 메조카본 마이크로비드로 대체함을 제외하고는 실시예 3A에서 기재된 전기분해를 반복하였다. 애노드는 <25 ppm CF4(순수한 NF3 기준으로)를 함유하였으며 NF3에 대한 선택도는 84.7%였다. 애노드는 실시예 1에 기재된 바와 같이 표면 에너지에 대해서 평가되었으며, 약 40%의 표면에 걸쳐서 70 dyne/cm 잉크에 의해서 습윤화되었고, 나머지 영역은 58 dyne/cm 잉크에 의해서 습윤화되었다.The electrolysis described in Example 3A was repeated except that the anode was replaced by high density (≥1.70 g / cm 3 ) isostatic-compressed mesocarbon microbeads. The anode contained <25 ppm CF 4 (on a pure NF 3 basis) and the selectivity to NF 3 was 84.7%. The anode was evaluated for surface energy as described in Example 1, wetted by 70 dyne / cm of ink over a surface of about 40%, and the remaining area was wetted by 58 dyne / cm of ink.

비교예Comparative Example 3A-통상적인  3A-Typical 애노드Anode

애노드를 통상적인 압출된 탄소 애노드로 대체함을 제외하고는 실시예 3A에서 기재된 전기분해를 반복하였다. 애노드 가스는 341 ppm CF4(순수한 NF3 기준으로)를 함유하였으며 NF3에 대한 선택도는 89.9%였다. 애노드는 실시예 1에 기재된 바와 같이 표면 에너지에 대해서 평가되었으며, 50 dyne/cm 잉크에 의해서 습윤화되지만, 어떠한 더 높은 표면 에너지 잉크에 의해서는 습윤화되지 않았다.The electrolysis described in Example 3A was repeated except that the anode was replaced with a conventional extruded carbon anode. The anode gas contained 341 ppm CF 4 (based on pure NF 3 ) and the selectivity to NF 3 was 89.9%. The anode was evaluated for surface energy as described in Example 1 and wetted by 50 dyne / cm ink, but not by any higher surface energy ink.

비교예Comparative Example 3B- 3B- 등압Back pressure 압축된 통상적인  Compressed conventional 애노드Anode

애노드를 등압-압축된 비-메조카본 애노드로 대체함을 제외하고는 실시예 3A에서 기재된 전기분해를 반복하였다. 이러한 애노드의 조성은 통상적인 압출된 탄소(즉, 메조카본 보다는 탄화된 코크스 및 피치를 기반으로 함)와 유사하다. 애노드 가스는 212 ppm CF4(순수한 NF3 기준으로)를 함유하였으며 NF3에 대한 선택도는 88.3%였다. 애노드는 실시예 1에 기재된 바와 같이 표면 에너지에 대해서 평가되었으며, 48 dyne/cm 잉크에 의해서 습윤화되지만, 어떠한 더 높은 표면 에너지 잉크에 의해서는 습윤화되지 않았다.The electrolysis described in Example 3A was repeated except that the anode was replaced by an isobar-compressed non-meso carbon anode. The composition of this anode is similar to conventional extruded carbon (i.e., based on carbonized coke and pitch rather than mesocarbon). The anode gas contained 212 ppm CF 4 (on a pure NF 3 basis) and the selectivity for NF 3 was 88.3%. The anode was evaluated for surface energy as described in Example 1 and wetted by 48 dyne / cm ink, but not by any higher surface energy ink.

실시예Example 4A-침상 코크스-기반  4A-needle coke-based 애노드를The anode 사용한  Used NFNF 33 의 생산Production of

피치-기반 바인더와 함께 주로 침상 코크스를 포함하는 애노드를 사용하여 실시예 1에 기재된 전기분해를 반복하였다. 애노드는 1.75 g/cm3의 겉보기 밀도 및 15%의 전체 다공도를 지녔다. 애노드는 흑연화되지 않았다. 셀은 70 mA/cm2의 전류밀도에서 작동되었다. 셀 온도는 130℃였다. 시험 동안의 애노드 전위는 5.15 V 대 Cu/CuF2 기준이었으며, NF3에 대한 선택도는 88%였고, NF3 생성물의 CF4 함량은 30ppm이었다.The electrolysis described in Example 1 was repeated using an anode containing mainly needle-shaped coke together with a pitch-based binder. The anode had an apparent density of 1.75 g / cm &lt; 3 &gt; and a total porosity of 15%. The anode was not graphitized. The cell was operated at a current density of 70 mA / cm &lt; 2 &gt;. The cell temperature was 130 캜. The anode potential during the test was 5.15 V versus Cu / CuF 2 , the selectivity to NF 3 was 88%, and the CF 4 content of the NF 3 product was 30 ppm.

실시예Example 4B-높은 전류밀도에서 침상 코크스-기반  4B - Needle coke-based at high current density 애노드를The anode 사용한  Used NFNF 33 의 생산Production of

178 mA/cm2의 전류밀도에서 실시예 4에서 기재된 전기분해를 반복하였다. 셀 온도는 140℃였다. 시험 동안의 애노드 전위는 5.47 V 대 Cu/CuF2 기준이었으며, NF3에 대한 선택도는 88%였고, NF3 생성물의 CF4 함량은 20ppm이었다.The electrolysis described in Example 4 was repeated at a current density of 178 mA / cm &lt; 2 & gt ;. The cell temperature was 140 캜. The anode potential during the test was 5.47 V versus Cu / CuF 2 , the selectivity to NF 3 was 88%, and the CF 4 content of the NF 3 product was 20 ppm.

이들 결과가 하기 표에 요약되어 있으며, 여기서, IP=등압 압축된, MCMB=메조카본 마이크로비드, LD=저밀도, 및 HD=고밀도이다.These results are summarized in the following table, where IP = isostatically compressed, MCMB = mesocarbon microbead, LD = low density, and HD = high density.

표 1Table 1

Figure pat00001
Figure pat00001

표 2Table 2

Figure pat00002
Figure pat00002

표 3Table 3

Figure pat00003
Figure pat00003

비교예Comparative Example 4- 4- 흑연화된Graphitized 침상 코크스-기반  Needle coke-based 애노드를The anode 사용한  Used NFNF 33 의 생산Production of

실시예 4B에서와 동일한 조성이지만, 2000℃ 초과의 온도로 가열함으로써 흑연화된 애노드를 사용하여 실시예 4B의 전기분해를 반복하였다. 선택도 및 CF4 수준은 동일하였지만, 애노드는 불안정하게 작동하였으며, 애노드 전위는 6 내지 7 V 사이에서 변동하였다.The electrolysis of Example 4B was repeated using the graphitized anode by heating to a temperature above 2000 ° C, although the same composition as in Example 4B. The selectivity and CF 4 level were the same, but the anode worked unstably and the anode potential varied between 6 and 7 V.

실시예Example 5- 5- 메조카본Mesocarbon 애노드에On the anode 의한 F By F 22 의 생산Production of

조성 40 wt% HF 및 60 wt% KF를 지니는 이원 전해질을 250ml의 실험실 셀에서 전기분해하여 F2를 생성시켰다. 캐소드는 탄소 스틸이었으며, 셀에는 Cu/CuF2 기준 전극이 구비되었다. 애노드는 2,25cm2의 활성 면적을 지니는 등압-압축된 메조카본 마이크로비드였다. 애노드 및 캐소드 생성물 가스는 액체 라인 아래에서 연장된 TEFLON? 스커트에 의해서 분리 유지되었다. 셀을 88℃에서 작동시켰다. 전기분해는 80 mA/cm2의 인가된 전류밀도에 의해서 정전류 방식으로 수행되었다. 셀은 안정하게 작동하여 불소 가스를 방출시켰으며, 셀 전압은 6.4 볼트였다.Composition A binary electrolyte with 40 wt% HF and 60 wt% KF was electrolyzed in a 250 mL laboratory cell to produce F 2 . The cathode was carbon steel and the cell was equipped with a Cu / CuF 2 reference electrode. The anode was an isobaric-compressed mesocarbon microbead with an active area of 2,25 cm 2 . The anode and cathode product gases were separated by a TEFLON? Skirt extending below the liquid line. The cell was operated at 88 [deg.] C. The electrolysis was carried out in a constant current manner by an applied current density of 80 mA / cm &lt; 2 &gt;. The cell operated stably to release the fluorine gas, and the cell voltage was 6.4 volts.

비교예Comparative Example 5-통상적인  5- Typical 애노드에On the anode 의한 F By F 22 의 생산Production of

애노드를 통상적인 압출된 탄소 애노드로 대체함을 제외하고는 실시예 5에 기재된 전기분해를 반복하였다. 셀은 안정하게 작동하여 불소 가스를 방출시켰지만, 셀 전압은 7.0볼트로 더 높았다.The electrolysis described in Example 5 was repeated except that the anode was replaced with a conventional extruded carbon anode. The cell operated stably to release fluorine gas, but the cell voltage was higher at 7.0 volts.

실시예Example 6- 6- 메조카본Mesocarbon 애노드에On the anode 의한 높은 전류밀도에서의 F F at high current density due to 22 의 생산Production of

25ml의 전해질을 보유하는 더 작은 셀이 사용됨을 제외하고는 실시예 5에서 기재된 전기분해를 반복하였다. 등압-압축된 메조카본 애노드는 0.5cm2의 활성 면적을 지녔다. 셀은 225 mA/cm2의 전류밀도에서 작동하였다. 애노드는 6.8 볼트의 셀 전압에서 안정한 작동으로 F2 가스를 방출시켰다. The electrolysis described in Example 5 was repeated, except that a smaller cell was used which contained 25 ml of electrolyte. The isobaric-compressed mesocarbon anode has an active area of 0.5 cm 2 . The cell operated at a current density of 225 mA / cm &lt; 2 & gt ;. The anode emitted F 2 gas with stable operation at a cell voltage of 6.8 volts.

비교예Comparative Example 6-통상적인  6- Typical 애노드상의On the anode 높은 전류밀도에서의 F F at high current density 22 의 생산Production of

애노드가 통상적인 압출된 탄소 애노드였음을 제외하고는 실시예 6에서 기재된 전기분해를 반복하였다. 셀은 또한 225 mA/cm2의 전류밀도에서 작동하였다. 셀은 F2 가스를 방출시켰지만, 셀 전압은 7.7 내지 8.5 볼트로 불안정하였다.The electrolysis described in Example 6 was repeated except that the anode was a conventional extruded carbon anode. The cell also operated at a current density of 225 mA / cm &lt; 2 & gt ;. The cell emitted F 2 gas, but the cell voltage was unstable at 7.7 to 8.5 volts.

어떠한 특정의 구체예 및 실시예를 참조로 하여 상기 예시되고 설명되어 있지만, 그럼에도 불구하고, 본 발명은 나타낸 상세사항으로 한정되는 것을 의도하지 않는다. 오히려, 특허청구범위의 균등물의 범위 내에서 그리고 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 명백하게는, 예를 들어, 본 문헌에서 광범위하게 언급된 모든 범위는 그 범위 내에서 더 넓은 범위 내에 있는 모든 더 좁은 범위를 포함하는 것이 의도된다. 또한, 한 가지 구체예의 특징은 또 다른 구체예에 통합될 수 있다. 본 문헌에서 나타낸 모든 공보, 특허 및 다른 문헌은, 개별적으로 참조로 통합되고 있는 것처럼, 모든 목적을 위해서 이들의 전체내용이 본원에서 참조로 통합된다.Although illustrated and described above with reference to certain specific embodiments and examples, it is nevertheless not intended that the invention be limited to the details shown. Rather, various modifications may be made within the scope of equivalents of the claims and without departing from the spirit of the invention. Obviously, all ranges broadly recited in this document, for example, are intended to include all narrower ranges that are within a broader range within that range. Further, features of one embodiment may be incorporated into another embodiment. All publications, patents, and other documents referred to in this document are incorporated herein by reference in their entirety for all purposes, as if individually incorporated by reference.

Claims (32)

주로 평행하게 정돈된 비등방성 탄소를 포함하는 전기분해 애노드를 사용함으로써 전해질의 전기분해를 수행하여 삼불화질소 또는 불소를 얻음을 포함하여 삼불화질소 또는 불소를 생산하는 방법.A method of producing electrolytic electrolysis by using an electrolysis anode comprising mainly anisotropic carbon arranged in parallel to produce nitrogen trifluoride or fluorine, including obtaining nitrogen trifluoride or fluorine. 제 1항에 있어서, 평행하게 정돈된 비등방성 탄소가 침상 코크스를 포함하는 방법.The method of claim 1, wherein the parallelly arranged anisotropic carbon comprises needle-like coke. 제 2항에 있어서, 애노드가 60% 이상의 침상 코크스 및 임의로 0 내지 40%의 결합제를 포함하는 방법.3. The process of claim 2, wherein the anode comprises at least 60% needle coke and optionally from 0 to 40% binder. 제 3항에 있어서, 애노드가 결합제를 포함하고, 결합제가 피치인 방법.4. The method of claim 3, wherein the anode comprises a binder and the binder is a pitch. 제 2항에 있어서, 애노드가 결합제를 포함하고, 침상 코크스와 결합제가 일정한 형태로 등압 압축되는 방법.3. The method of claim 2 wherein the anode comprises a binder and the needle coke and binder are isostatically compressed into a uniform form. 제 2항에 있어서, 애노드가 결합제를 포함하고, 침상 코크스와 결합제가 25 마이크론 미만의 평균 입자 크기를 지니는 방법.3. The method of claim 2, wherein the anode comprises a binder and the needle coke and binder have an average particle size of less than 25 microns. 제 2항에 있어서, 침상 코크스가 흑연화되는 방법.3. The method of claim 2 wherein the needle coke is graphitized. 제 1항에 있어서, 평행하게 정돈된 비등방성 탄소가 메조카본 마이크로비드를 포함하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the parallelly arranged anisotropic carbon comprises mesocarbon microbeads. 제 8항에 있어서, 메조카본 마이크로비드가 등압 압축된 메조카본 마이크로비드인 방법.9. The method of claim 8 wherein the mesocarbon microbeads are isobaric compressed mesocarbon microbeads. 제 8항에 있어서, 메조카본 마이크로비드가 약 1 내지 5 마이크론의 평균 입자 크기를 지니는 방법.9. The method of claim 8, wherein the mesocarbon microbeads have an average particle size of about 1 to 5 microns. 제 8항에 있어서, 메조카본 마이크로비드가 흑연화되지 않는 방법.The method of claim 8, wherein the mesocarbon microbeads are not graphitized. 제 1항에 있어서, 평행하게 정돈된 비등방성 탄소가 메조상 탄소를 포함하고, 애노드가 40% 이상의 메조상 탄소 및 임의로 최대 10%의 안정화 보조제를 포함하는 방법.The process according to claim 1, wherein the parallelly arranged anisotropic carbon comprises meso-phase carbon and the anode comprises at least 40% meso-phase carbon and optionally up to 10% stabilization adjuvant. 제 1항에 있어서, 애노드가 1.7 g/cm3 또는 그 초과의 밀도를 지니는 방법.The method of claim 1, wherein the anode has a density of 1.7 g / cm 3 or greater. 제 1항에 있어서, 애노드가 모울딩되고 자가-소결된 메조카본 마이크로비드 및 임의의 소결 보조제로 이루어지는 방법.The method of claim 1, wherein the anode is modeled and self-sintered mesocarbon microbeads and optional sintering aids. 제 1항에 있어서, 애노드가 최대 약 70,000 cm2의 활성 면적을 지니는 방법.The method of claim 1, wherein the anode has an active area of up to about 70,000 cm 2 . 제 1항에 있어서, 방법이 순수한 삼불화질소 또는 불소 중에 100 ppm 미만의 CF4를 생산하는 방법.The method of claim 1, wherein the process produces less than 100 ppm CF 4 in pure nitrogen trifluoride or fluorine. 제 1항에 있어서, 방법이 순수한 삼불화질소 또는 불소 중에 25 ppm 미만의 CF4를 생산하는 방법.The method of claim 1, wherein the process produces less than 25 ppm CF 4 in pure nitrogen trifluoride or fluorine. 제 1항에 있어서, 방법이 삼불화질소 또는 불소를 70% 또는 그 초과의 선택도로 생산하는 방법.The method according to claim 1, wherein the process produces nitrogen trifluoride or fluorine at a selectivity of 70% or more. 제 1항에 있어서, 방법이 삼불화질소 또는 불소를 80% 또는 그 초과의 선택도로 생산하는 방법.The method of claim 1 wherein the process produces nitrogen trifluoride or fluorine at a selectivity of 80% or greater. 제 1항에 있어서, 삼불화질소가 생산되고 전해질이 HF, NH4F, 및 KF를 포함하는 삼원 전해질 조성물인 방법.The process of claim 1 wherein the nitrogen trifluoride is produced and the electrolyte is a ternary electrolyte composition comprising HF, NH 4 F, and KF. 제 20항에 있어서, 삼원 전해질 조성물이 35-45 wt% HF, 15-25wt% NH4F, 및 40-45 wt% KF를 포함하는 방법.The method of claim 20, wherein the ternary electrolyte composition comprises 35-45 wt% HF, 15-25 wt% NH 4 F, and 40-45 wt% KF. 제 1항에 있어서, 불소가 생산되고 전해질이 HF 및 KF를 포함하는 이원 전해질 조성물인 방법.The method of claim 1 wherein the fluorine is produced and the electrolyte is a binary electrolyte composition comprising HF and KF. 제 1항에 있어서, 삼불화질소가 생산되고, 전해질이 약 120 내지 140℃의 온도에서 전기분해되는 방법.The method of claim 1 wherein nitrogen trifluoride is produced and the electrolyte is electrolyzed at a temperature of about 120 to 140 占 폚. 제 1항에 있어서, 불소가 생산되고 전해질이 약 80 내지 90℃의 온도에서 전기분해되는 방법.The method of claim 1, wherein fluorine is produced and the electrolyte is electrolyzed at a temperature of about 80 to 90 占 폚. 제 1항에 있어서, 방법이 약 70 내지 250 mA/cm2의 전류밀도에서 작동되는 방법.The method of claim 1, wherein the method is operated at a current density of about 70 to 250 mA / cm 2 . 제 1항에 있어서, 삼불화질소가 생산되고, 방법이 약 100 내지 250 mA/cm2의 전류밀도에서 작동되는 방법.The method of claim 1 wherein nitrogen trifluoride is produced and the process is operated at a current density of about 100 to 250 mA / cm 2 . 제 1항에 있어서, 불소가 생산되고, 방법이 약 120 내지 250 mA/cm2의 전류밀도에서 작동되는 방법.The method of claim 1, wherein fluorine is produced and the method is operated at a current density of about 120 to 250 mA / cm 2 . 평행하게 정돈된 비등방성 탄소를 포함하는 애노드; 캐소드; 및 HF, 임의의 KF, 및 임의의 NH4F를 포함하는 전해질 조성물을 포함하는 삼불화질소 또는 불소를 생산하는 전기분해 셀로서,
전기분해 셀이 작동하여 삼불화질소 또는 불소를 생산하는 전기분해 셀.
An anode comprising anisotropic carbon arranged in parallel; Cathode; And an electrolytic cell for producing nitrogen trifluoride or fluorine comprising an electrolyte composition comprising HF, optional KF, and optionally NH 4 F,
An electrolytic cell in which an electrolytic cell operates to produce nitrogen trifluoride or fluorine.
제 28항에 있어서, 애노드가 자가-소결 등압 압축된 메조카본 마이크로비드 및 임의의 소결 보조제로 이루어지는 전기분해 셀.29. The electrolytic cell of claim 28, wherein the anode comprises self-sintered isostatically compressed mesocarbon microbeads and optional sintering aid. 제 28항에 있어서, 애노드가 침상 코크스 및 피치 바인더로 이루어지는 전기분해 셀.The electrolytic cell of claim 28, wherein the anode comprises needle-shaped coke and a pitch binder. 제 30항에 있어서, 피치 바인더 및 침상 코크스가 먼저 배합되고 이어서 압축 전에 그라인딩되는 전기분해 셀.31. The electrolytic cell of claim 30, wherein the pitch binder and needle coke are blended first and then ground prior to compression. 제 28항에 있어서, 애노드가 습윤화제의 첨가 없이 보유된 습윤성을 나타내는 전기분해 셀.29. The electrolytic cell of claim 28, wherein the anode exhibits retained wettability without the addition of a wetting agent.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210024139A (en) * 2018-08-23 2021-03-04 쇼와 덴코 가부시키가이샤 Anode for electrolytic synthesis, and method for producing fluorine gas

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