TW201808806A - 三氯化硼之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係揭示藉由充分去除反應系內之水分而抑制起因於水分所生成之副產物可有效率製造三氯化硼之三氯化硼的製造方法。該三氯化硼之製造方法為備有，於低於藉由碳化硼與氯氣反應而開始生成三氯化硼時之生成開始溫度的溫度下，使含有氯氣且水分含量為1體積ppm以下之含氯氣體接觸碳化硼，而使碳化硼所含有之水分與含氯氣體中之氯氣反應以去除碳化硼所含有之水分的脫水步驟，及使經由脫水步驟脫水後之碳化硼與氯氣反應而生成三氯化硼之生成步驟。
Description
本發明係有關三氯化硼之製造方法。
已知的三氯化硼(BCl3)之製造方法如，使硼酸(B(OH)3)附載於活性碳後與氯氣(Cl2)反應之方法(例如參考專利文獻1、2)，或使碳化硼(B4C)與氯氣反應之方法(例如參考專利文獻3)。但該等三氯化硼之製造方法會因反應系內存在水分，而有會使所生成之三氯化硼水解而降低三氯化硼之製造效率的問題。又，因三氯化硼之水解所生成的硼酸或氧化硼，恐有使三氯化硼之製造管線阻塞的問題。
因此專利文獻1所揭示之三氯化硼的製造方法中，於硼酸與氯氣反應之前係藉由高溫下以不活性氣體進行處理而去除硼酸及活性碳所含有之水分。但該方法中要充分去除水分恐需較長時間，且難判斷脫水是否結束。
又，專利文獻2所揭示之三氯化硼的製造方法中，於硼酸與氯氣反應之前係藉由高溫下依序以不活性氣體及氯氣進行處理，而去除硼酸及活性碳所含有之水分。但因約300℃起會使硼酸與氯氣反應而開始生成三氯化
硼，故藉由氯氣去除水分時之溫度界限為290℃，又，290℃下恐無法充分去除水分。
另外專利文獻3所揭示之三氯化硼的製造方法中，因藉由碳化硼與氯氣之反應而開始生成三氯化硼之溫度約為400℃，故碳化硼與氯氣反應之前，推測需以高於專利文獻2所揭示之三氯化硼的製造方法之溫度，方可藉由氯氣去除碳化硼之水分。但專利文獻3未曾記載碳化硼去除水分一事。
〔專利文獻1〕日本國專利公開公報 2010年第111550號
〔專利文獻2〕日本國專利公開公報 昭和58年第20715號
〔專利文獻3〕日本國專利公開公報 2009年第227517號
為了解決上述般先前技術所具有之問題，因此本發明之課題為提供，藉由充分去除反應系內之水分有抑制起因於水分所生成之副產物可有效率製造三氯化硼的
三氯化硼之製造方法。
為了解決前述課題，本發明之一態樣如下述〔1〕~〔10〕所示。
〔1〕一種三氯化硼之製造方法，其為藉由碳化硼與氯氣之反應而製造三氯化硼之方法中備有，於低於藉由碳化硼與氯氣之反應而開始生成三氯化硼之生成開始溫度的溫度下，使含有氯氣且水分含量為1體積ppm以下之含氯氣體接觸碳化硼，而使前述碳化硼所含有之水分與前述含氯氣體中之氯氣反應以去除前述碳化硼所含有之水分的脫水步驟，及使經由前述脫水步驟脫水後之前述碳化硼與氯氣反應而生成三氯化硼生成步驟。
〔2〕如〔1〕所記載之三氯化硼的製造方法，其中前述含氯氣體為，接觸含有沸石之乾燥劑用之物。
〔3〕如〔1〕或〔2〕所記載之三氯化硼的製造方法，其中前述脫水步驟中使前述含氯氣體接觸前述碳化硼之溫度為300℃以上。
〔4〕如〔1〕或〔2〕所記載之三氯化硼的製造方法，其中前述脫水步驟中使前述含氯氣體接觸前述碳化硼之溫度為400℃以下。
〔5〕如〔1〕~〔4〕中任一項所記載之三氯
化硼的製造方法，其中前述脫水步驟係於低於大氣壓之低壓下進行。
〔6〕如〔1〕~〔5〕中任一項所記載之三氯化硼的製造方法，其中前述含氯氣體係由20體積%以上60體積%以下之氯氣，與殘部之不活性氣體所形成。
〔7〕如〔6〕所記載之三氯化硼的製造方法，其中前述不活性氣體為氮氣、氬及氦中至少一種。
〔8〕如〔1〕~〔7〕中任一項所記載之三氯化硼的製造方法，其中前述碳化硼為，通過篩孔徑5.60mm之乾式篩的篩下物為100質量%，未通過篩孔徑1mm之乾式篩的篩上物為65質量%以上的粉體。
〔9〕如〔1〕~〔8〕中任一項所記載之三氯化硼的製造方法，其中前述生成步驟中碳化硼與氯氣之反應溫度為800℃以上1100℃以下。
〔10〕如〔1〕~〔9〕中任一項所記載之三氯化硼的製造方法，其中另備有，於反應容器內進行前述脫水步驟時，測定來自前述反應容器之前述脫水步驟中所排出的排出氣體中水及氯化氫中至少一方之量，以評估前述反應容器內之水分量的水分量評估步驟。
本發明可藉由充分去除反應系內之水分而抑制起因於水分所生成之副產物而有效率製造三氯化硼。
1‧‧‧氯氣容器
2‧‧‧氮氣容器
3‧‧‧乾燥塔
4‧‧‧碳化硼之粉末
5‧‧‧管狀反應容器
6‧‧‧真空唧筒
7‧‧‧傅里葉變換紅外分光裝置
圖1為，說明本發明之一實施形態中三氯化硼之製造方法用的三氯化硼製造裝置之概略圖。
使碳化硼與氯氣反應而製造三氯化硼時，會因反應系內存在水分而使所生成之三氯化硼水解，而生成硼酸、氧化硼之副產物。因此氯氣中之水分量或碳化硼之水分量較多時，會降低三氯化硼之產率，且恐因副產物而阻塞三氯化硼之製造管線。
經本發明者們專心檢討後發現，使碳化硼與氯氣反應以製造三氯化硼時，可藉由氯氣充分去除碳化硼所含有之水分，而完成本發明。
又，三氯化硼被水解而生成硼酸之反應如下述式所示。
BCl3+3H2O→B(OH)3+3HCl
又，藉由氯氣去除水分時等所發生之氯氣與水之反應如下述式所示。
Cl2+H2O→HClO+HCl
下面將說明本發明之一實施形態。又，本實施形態為本發明之一例，但本發明非限定於本實施形態。
另外本實施形態可進行各種變更或改良，該類變更或改良
後之形態也包含於本發明。例如本實施形態所列舉之材料、尺寸等為一例示，本發明非限定於該等，於可得本發明之效果的範圍內可實施適當變更。
本實施形態之三氯化硼之製造方法為，藉由碳化硼與氯氣之反應而製造三氯化硼之方法中備有，藉由氯氣去除碳化硼所含有之水分的脫水步驟，及使經由脫水步驟脫水後之碳化硼與氯氣反應而生成三氯化硼之生成步驟。
脫水步驟為，於低於藉由碳化硼與氯氣反應而開始生成三氯化硼之生成開始溫度的溫度下，使含有氯氣且水分含量為1體積ppm以下之含氯氣體接觸碳化硼，而使碳化硼所含有之水分與含氯氣體中之氯氣反應以去除碳化硼所含有之水分的步驟。
藉由該類本實施形態之三氯化硼的製造方法時，係於低於藉由碳化硼與氯氣反應而開始生成三氯化硼之生成開始溫度的溫度下使碳化硼中之水分與氯氣反應，因此脫水步驟中可藉由氯氣充分去除碳化硼所含有之水分。因可充分去除反應系內之水分，故可抑制所生成之三氯化硼被水解，而有效率以高產率製造三氯化硼。又因可抑制生成起因於水分之副產物的硼酸、氧化硼，故不易發生三氯化硼之製造管線阻塞。因此無需頻繁進行去除附著於三氯化硼之製造管線內硼酸、氧化硼的作業。
又，本發明中「藉由碳化硼與氯氣反應而開始生成三氯化硼之生成開始溫度」係指脫水步驟之滯留時
間內，藉由碳化硼與氯氣反應而生成之三氯化硼量的比例，相對於反應原料(碳化硼與氯氣)及反應生成物(三氯化硼)之合計量100體積%為超過0.5體積%之溫度。又，反應原料及反應生成物例如係以空間速度100/h通過反應容器時，滯留時間可為1/100小時。前述空間速度一般可由100~800/h之範圍內選擇。
因該生成開始溫度一般為400℃以下，故脫水步驟中使含氯氣體接觸碳化硼之溫度可為300℃以上，較佳為300℃以上400℃以下，更佳為350℃以上390℃以下。其為300℃以上時，易使氯氣體與水反應故可提高脫水效率。又，其為400℃以下時，不易使碳化硼與氯氣發生反應。
脫水步驟中使含氯氣體接觸碳化硼時可為使未加熱之常溫下的含氯氣體接觸例如加熱至300℃以上之碳化硼，又可為使例如預熱至300℃以上之含氯氣體接觸例如加熱至300℃以上之碳化硼。藉由加熱接觸碳化硼之前的含氯氣體，可提升氯氣與水之反應速度，故可縮短脫水步驟之處理時間。
脫水步驟所使用之含氯氣體的水分含量為1體積ppm以下，又，水分含量為1體積ppm以下時，不易腐蝕含氯氣體所接觸之金屬製構件，且可充分去除碳化硼之水分。因此脫水步驟所使用之含氯氣體為氯氣時較佳為，使用純度99.999體積%以上之氯氣。
使脫水步驟所使用之含氯氣體的水分含量為1
體積ppm以下之方法無特別限定，例如可為使用乾燥劑而乾燥之方法。詳述為，使水分含量超過1體積ppm之含氯氣體接觸乾燥劑，而以乾燥劑吸附含氯氣體中之水分，使含氯氣體之水分含量為1體積ppm以下之方法。例如藉由使含大量水分之工業用氯氣接觸乾燥劑而乾燥，可使水分含量為1體積ppm以下。
乾燥劑如沸石，具體例如莫雷秋3A、莫雷秋4A、海西里AW300、海西里AW500。沸石可單獨使用一種，或二種以上併用。又，乾燥劑可含有沸石以外之其他成分。
含氯氣體之水分含量例如可由使用傳里葉變換紅外分光裝置(FT-IR)測得之氯化氫的吸光度而算出。傅里葉變換紅外分光裝置例如可使用薩莫芬股份公司製之Nicolet iS10 FT-IR。
脫水步驟所使用之含氯氣體為含有氯氣且水分含量為1體積ppm以下時，氯氣之含有比例無特別限定，含氯氣體可使用氯氣，或由氯氣與不活性氣體所形成之混合氣體。不活性氣體之種類無特別限定，可為氮氣、氬及氦中至少一種。含氯氣體中氯氣之比例可為20體積%以上60體積%以下，較佳為30體積%以上50體積%以下，更佳為40體積%以上50體積%以下。含氯氣體中氯氣之比例為上述般之範圍時，可充分且有效率去除碳化硼之水分。
脫水步驟中接觸碳化硼之含氯氣體的流量會
因脫水步驟所使用之容器尺寸而異，容器之容量為200~300cm3時，例如可為200ccm(cm3/min)以上2000ccm以下，較佳為800ccm以上1300ccm以下。
又，本實施形態之三氯化硼的製造方法除了脫水步驟、生成步驟，可另備有評估進行脫水步驟時反應容器內之水分量的水分量評估步驟。即，可於反應容器內進行脫水步驟時，測定來自反應容器之脫水步驟中所排出的排出氣體中的水及氯化氫中至少一方之含量，以評估進行脫水步驟時反應容器內之水分量。
備有水分量評估步驟時，可判斷脫水步驟是否結束(即，判斷是否充分去除碳化硼中之水分)。例如測定由脫水步驟中所使用之容器排出的排出氣體中之水濃度及氯化氫濃度中至少一方，當水濃度為10體積ppm以下，或氯化氫濃度為10體積ppm以下時可結束脫水步驟。
由脫水步驟中所使用之容器排出的排出氣體中之水濃度及氯化氫濃度可由，例如使用傅里葉變換紅外分光裝置測得之水及氯化氫之吸光度而算出。又，可任意選擇水及氯化氫之吸收波長而算出水濃度及氯化氫濃度。但由先前實績判斷脫水步驟之適當處理時間時，可於不測定水濃度及氯化氫濃度下，基於先前實績而決定脫水步驟結束。
脫水步驟可於大氣壓下或高於大氣壓之高壓下進行，也可於低於大氣壓之低壓下進行。例如可於-0.090MPaG以上-0.010MPaG以下之減壓下進行脫水步驟。因於
低於大氣壓之低壓下使含氯氣體接觸碳化硼時，可提升碳化硼中水分之去除效率，且可提升藉由水與氯氣反應所生成之氯化氫及次氯酸之去除效率，故可縮短脫水步驟之處理時間。
脫水步驟可為，將碳化硼填入反應容器內，於反應容器內使碳化硼接觸含氯氣體，而使碳化硼所含有之水分與含氯氣體中之氯氣反應。
脫水步驟中去除碳化硼中之水分用的反應容器，與生成步驟中進行碳化硼與氯氣反應用之反應容器可為相同容器或相異容器。即，可於一個反應容器內同時進行脫水步驟與生成步驟，或於第一反應容器內進行脫水步驟後將碳化硼由第一反應容器移入第二反應容器進行生成步驟。又，反應容器之形狀無特別限定，例如可為管狀或球狀。另外脫水步驟及/或生成步驟所使用之反應容器的材質可為不受氯氣、三氯化硼、氯化氫等腐蝕之物無特別限定，例如可為黑鉛、金屬。
碳化硼可使用粉體之物，又可使用通過篩孔徑5.60mm之乾式篩的篩下物為100質量%，且未通過篩孔徑1mm之乾式篩的篩上物為65質量%以上之粉體。碳化硼之粉末的粒徑為5.60mm以下時可增加表面積，因此可加速與氯氣之反應速度。又，碳化硼之粉末的粒徑為5.60mm以下時易以最細密度填充脫水步驟及生成步驟所使用之反應容器，因此可提高三氯化硼之生產性。
因粒徑超過1mm之物為65質量%以上時粒徑較
小之物較少，故藉由脫水步驟中、生成步驟中或生成步驟中流通之含氯氣體不易使碳化硼粉末飛散。因此不易由脫水步驟中去除碳化硼之水分用的反應容器，或由生成步驟中進行碳化硼與氯氣反應用之反應容器流出碳化硼粉末。碳化硼粉末之粒徑較佳為1mm以上5mm以下，更佳為1mm以上3mm以下。
生成步驟中碳化硼與氯氣之反應溫度可為800℃以上1100℃以下，較佳為900℃以上1000℃以下。生成步驟中碳化硼與氯氣之反應溫度為上述般溫度時，可充分提高三氯化硼之生成速度，且不易使進行生成步驟用之反應容器的周邊金屬製構件受損。
生成步驟中與碳化硼反應之氯氣可使用與脫水步驟相同之含氯氣體，又，可僅使用氯氣，或使用由氯氣與不活性氣體所形成之混合氣體。生成步驟與脫水步驟可使用同種類之含氯氣體，或不同種類之含氯氣體。即，生成步驟與脫水步驟中含氯氣體中之氯氣比例可相同或相異。
下面將參考表示三氯化硼製造裝置之一例的圖1更詳細說明本實施形態之三氯化硼的製造方法。又，圖1中為了易於說明本發明之特徵，於方便說明上係擴大要件圖示，圖1所表示之各構成要素的尺寸比例等非限定與實際之三氯化硼製造裝置相同。
圖1之三氯化硼製造裝置係備有填充氯氣用之氯氣容器1(例如高壓氣體容器)，與填充不活性氣體之
氮氣用的氮氣容器2(例如高壓氣體容器)，與填充含有沸石之乾燥劑用的乾燥塔3，與裝填碳化硼粉末4用之黑鉛製管狀反應容器5，與使三氯化硼製造裝置內部減壓用之真空唧筒6，與分析氣體中三氯化硼、水分、氯化氫等用之傅里葉變換紅外分光裝置7。
於管狀反應容器5中之上游側部分設置氣體預熱用之預熱部5A，且將管狀反應容器5中之下游側部分設置為，使填裝碳化硼粉末4用之反應部5B與預熱部5A連通般。預熱部5A及反應部5B係各自藉由加熱器11、12控制溫度，且各自被覆隔熱劑13、14以進行保溫。
製造三氯化硼時，首先由氯氣容器1介有配管21將氯氣導入乾燥塔3。此時藉由調節器22調整氯氣之供給壓，同時藉由質量流調整器23調整氯氣之流量。使導入乾燥塔3之氯氣接觸乾燥劑，而以乾燥劑吸附氯氣所含有之水分。使乾燥後之氯氣的水分含量為1體積ppm以下。但使用水分含量為1體積ppm以下之氯氣時，可無需將氯氣導入乾燥塔3。
乾燥後水分含量1體積ppm以下之氯氣係介有配管24送入管狀反應容器5，又，於配管24之中間部分(即，管狀反應容器5之上游側)混合氮氣，形成氯氣與氮氣之混合氣體。即，配置使氮氣容器2與配管24之中間部分連通的配管25，由氮氣容器2介有配管25將氮氣導入配管24之中間部，而使氮氣與氯氣混合般。此時可藉由質量流調整器26調整氮氣之流量，因此可藉由質量流調整器
26調整混合氣體中之氯氣比例。使用氮氣之水分含量為1體積ppm以下之物時，可使混合氣體之水分含量為1體積ppm以下。
氯氣與氮氣之混合氣體係介有配管24送入管狀反應容器5，且首先係導入預熱部5A。其次藉由加熱器11將預熱部5A內之混合氣體加熱至所希望之溫度(例如與脫水步驟中碳化硼之溫度相同之溫度)。將預熱後之混合氣體移往管狀反應容器5內之下游側，送入反應部5B。又，混合氣體可為未預熱下，以常溫之混合氣體導入反應部5B。
反應部5B內係裝填碳化硼粉末4，且藉由加熱器12加熱至低於因碳化硼與氯氣反應而開始生成三氯化硼之生成開始溫度的溫度(例如300℃以上400℃以下)。此時送入預熱後之混合氣體以接觸碳化硼粉末4，使碳化硼粉末4所含有之水分與混合氣體中之氯氣反應，而去除碳化硼粉末4所含有之水分(脫水步驟)。又，該脫水步驟可於大氣壓下進行，或於低於大氣壓之低壓下進行。脫水步驟係於低於大氣壓之低壓下進行時，可使用真空唧筒6使三氯化硼製造裝置內部減壓。
完成去除碳化硼粉末4之水分的同時，停止由氯氣容器1導入氯氣，使流通於三氯化硼製造裝置內部之氣體僅為氮氣，而以氮氣取代管狀反應容器5內之氣體。其次藉由加熱器12加熱反應部5B，使碳化硼粉末4之溫度上升至上述生成開始溫度以上之溫度(例如800℃以上
1100℃以下)。碳化硼粉末4之溫度為上述生成開始溫度以上之溫度時，再由氯氣容器1導入氯氣。開始碳化硼與氯氣之反應，而生成三氯化硼(生成步驟)。所生成之三氯化硼係藉由混合氣體而由管狀反應容器5送出，再介有配管27由三氯化硼製造裝置取出。
本實施形態之三氯化硼製造裝置因傅里葉變換紅外分光裝置7，故可將通過配管27之部分的氣體引入傅里葉變換紅外分光裝置7，進行氣體中三氯化硼之分析。因此可算出三氯化硼之產量、產率。又，藉由分析氣體中之水、氯化氫，可評估管狀反應容器5內之水分量(水分量評估步驟)。藉由測定來自管狀反應容器5之脫水步驟中所排出的排出氣體中之水及氯化氫中至少一方之含量，可判斷脫水步驟是否結束(即，判斷是否充分去除碳化硼粉末4中之水分)。
由此所製造之三氯化硼係含有不純物。不純物如，氧氣、氮氣、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氫氣、氦、氯化氫、氯氣、四氯化矽等。該等不純物可藉由蒸餾等之精製方法去除，例如藉由蒸餾而精製，可得不純物較少之高純度三氯化硼。
以下將舉實施例及比較例更詳細說明本發明。
使用與圖1之三氯化硼製造裝置相同的三氯化硼製造裝置，進行與上述實施形態相同之操作，使碳化硼與氯氣反應，製造三氯化硼。含氯氣體係使用純度99.999體積%、水分含量0.9體積ppm之市售的高純度氯氣。碳化硼係使用以乾式篩測定粒徑時，通過篩孔徑5.60mm之乾式篩的篩下物為100質量%、未通過篩孔徑1mm之乾式篩的篩上物為65質量%以上之粉體。
將該碳化硼粉末20g裝入黑鉛製之管狀反應容器(內徑22mm、高700mm、填入碳化硼之反應部的體積19cm3)內，使流量500ccm之氮氣流動於管狀反應容器的同時，以15分鐘將碳化硼升溫至390℃。其後使流動於管狀反應容器之氣體由氮氣切換為上述含氯氣體(高純度氯氣)，大氣壓下藉由流通常溫之含氯氣體1小時(流量為500ccm)，使碳化硼所含有之水分與氯氣反應，進行去除碳化硼所含有之水分的脫水處理。
脫水處理中將由管狀反應容器排出之排出氣體引入傅里葉變換紅外分光光度計，進行排出氣體之紅外分光分析。其次將確認脫水處理後排出氣體中之三氯化硼濃度為0.5體積%以下，且氯化氫之濃度降至10體積ppm以下時判斷為完成去除碳化硼所含有之水分，而結束脫水處理。
其次將流動於管狀反應容器內之氣體由含氯氣體切換為氮氣，而以氮氣取代管狀反應容器內之氣體。
將碳化硼升溫至900℃後，於大氣壓下藉由使常溫之上述含氯氣體(高純度氯氣)流通於管狀反應容器內(流量為200ccm)，使脫水後之碳化硼與氯氣反應而生成三氯化硼。反應中將由管狀反應容器排出之排出氣體引入傅里葉變換紅外分光光度計進行紅外分光分析。測定排出氣體中之三氯化硼與氯化氫之濃度。
6小時後結束反應，所得之三氯化硼量為167g。將藉由傅里葉變換紅外分光光度計之分析結果而得到的三氯化硼之生成量轉變為減少時視為結束反應，再將由所生成之三氯化硼的積算值而算出之三氯化硼產量，除以由碳化硼反應前後之質量減少量而算出的三氯化硼之理論生成量所得之值作為產率，結果產率為99質量%。又，副產之氯化氫量為1mg。
除了以下述氯氣取代碳化硼之脫水處理所使用之含氯氣體用的高純度氯氣外，進行與實施例1相同之反應。
即，以純度99.9體積%、水分含量5體積ppm之市售的工業用氯氣通過填入1L之莫雷秋3A的SUS製汽缸，而使水分含量降為1體積ppm以下之物作為含氯氣體用。
結果6小時後結束反應，所得之三氯化硼量為167g，產率為99質量%。又，副產之氯化氫量為1mg。
除了以下述氣體取代碳化硼之脫水處理所使用之含氯氣體用的高純度氯氣外，進行與實施例1相同之反應。即，使用等量混合市售之高純度氯氣與氮氣之水分含量為1體積ppm以下的混合氣體作為含氯氣體。
結果6小時後結束反應，所得之三氯化硼量為167g，產率為99質量%。又，副產之氯化氫量為1mg。
實施例1係於常溫之含氯氣體流通於管狀反應容器的同時將碳化硼加熱至390℃，進行去除碳化硼所含有之水分的脫水處理，但實施例4係於預熱至390℃之含氯氣體流動於管狀反應容器的同時將碳化硼加熱至390℃，進行去除碳化硼所含有之水分的脫水處理。又，實施例4之脫水處理時間為40分鐘。除此之外進行與實施例1相同之反應。
結果6小時後結束反應，所得之三氯化硼量為167g，產率為99質量%。又，副產之氯化氫量為1mg。
實施例1係於大氣壓下進行脫水處理，但實施例5係於-0.015MPaG之減壓下進行脫水處理。又，實施例5中脫水處理之含氯氣體流量為150ccm。除此之外進行與實施例1相同之反應。
結果6小時後結束反應，所得之三氯化硼量為167g，
產率為99質量%。又，副產之氯化氫量為1mg。
除了將脫水處理時之碳化硼溫度由390℃變更為290℃外，進行與實施例1相同之反應。
結果6小時後結束反應，所得之三氯化硼量為166g，產率為98質量%。又，副產之氯化氫量為1.1g。結束反應後因管狀反應容器之出口部分附著白色結晶，故藉由粉末X線衍射測定與差示熱及熱重量測定進行分析，結果白色結晶為硼酸與氧化硼之混合物。
除了將脫水處理時流動之氣體由含氯氣體變更為水分含量1體積ppm以下之氮氣外，進行與實施例1相同之反應。即，比較例1未進行使用含氯氣體之脫水處理。
結果6小時後結束反應，所得之三氯化硼量為161g，產率為95質量%。又，副產之氯化氫量為2.6g。反應結束後因管狀反應容器之出口部分附著白色結晶，故藉由粉末X線衍射測定與差示熱及熱重量測定進行分析，結果白色結晶為硼酸與氧化硼之混合物。
除了將脫水處理時流動之含氯氣體由高純度氯氣變更為水分含量5體積ppm之市售的工業用氯氣外，進行與實
施例1相同之反應。
結果6小時後結束反應，所得之三氯化硼量為161g，產率為95質量%。又，副產之氯化氫量為2.6g。反應結束後因管狀反應容器之出口部分附著白色結晶，故藉由粉末X線衍射測定與差示熱及熱重量測定進行分析，結果白色結晶為硼酸與氧化硼之混合物。
使用與圖1之三氯化硼製造裝置相同之三氯化硼製造裝置，進行與上述實施形態相同之操作以製造三氯化硼。但使用硼酸與活性碳之混合物取代碳化硼，使硼酸與氯氣反應以製造三氯化硼。含氯氣體係使用純度99.999體積%、水分含量0.9體積ppm之市售的高純度氯氣。
將硼酸89g與活性碳89g之混合物178g裝入黑鉛製之管狀反應容器內，使流量500ccm之氮氣流動於管狀反應容器的同時，以15分鐘將混合物升溫至290℃。其後將流動於管狀反應容器之氣體由氮氣切換為上述含氯氣體(高純度氯氣)，大氣壓下藉由使常溫之含氯氣體流動1小時(流量為500ccm)，使混合物所含有之水分與氯氣反應，進行去除混合物所含有之水分的脫水處理。
脫水處理中將由管狀反應容器所排出之排出氣體引入傅里葉變換紅外分光光度計，進行排出氣體之紅外分光分析。結果確認排出氣體中之三氯化硼濃度為0.5體積%，且氯化氫之濃度降至10體積ppm以下。判斷完成
混合物所含有之水分去除，結束脫水處理。
其次將管狀反應容器內流動之氣體由含氯氣體切換為氮氣，以氮氣取代管狀反應容器內之氣體。將混合物升溫至500℃後，大氣壓下藉由使常溫之上述含氯氣體(高純度氯氣)流動於管狀反應容器內(流量為200ccm)，使脫水後之混合物與氯氣反應而生成三氯化硼。反應中將由管狀反應容器所排出之排出氣體引入傅里葉變換紅外分光光度計進行紅外分光分析，以測定排出氣體中之三氯化硼與氯化氫之濃度。
結果6小時後結束反應，所得之三氯化硼量為161g，產率為95質量%。又，副產之氯化氫量為2.6g。結束反應後因管狀反應容器之出口部分附著白色結晶，故藉由粉末X線衍射測定與差示熱及熱重量測定進行分析，結果白色結晶為硼酸與氧化硼之混合物。
1‧‧‧氯氣容器
2‧‧‧氮氣容器
3‧‧‧乾燥塔
4‧‧‧碳化硼之粉末
5‧‧‧管狀反應容器
5A‧‧‧預熱部
5B‧‧‧反應部
6‧‧‧真空唧筒
7‧‧‧傅里葉變換紅外分光裝置
11、12‧‧‧加熱器
13、14‧‧‧隔熱劑
21、24、25、27‧‧‧配管
22‧‧‧調節器
23、26‧‧‧質量流調整器
Claims (10)
- 一種三氯化硼之製造方法，其為藉由碳化硼與氯氣反應而製造三氯化硼之方法中備有，於低於藉由碳化硼與氯氣反應而開始生成三氯化硼之生成開始溫度的溫度下，使含有氯氣且水分含量為1體積ppm以下之含氯氣體接觸碳化硼，而使前述碳化硼所含有之水分與前述含氯氣體中之氯氣反應以去除前述碳化硼所含有之水分的脫水步驟，及使經由前述脫水步驟脫水後之前述碳化硼與氯氣反應而生成三氯化硼生成步驟。
- 如請求項1之三氯化硼之製造方法，其中前述含氯氣體為，接觸含有沸石之乾燥劑後之物。
- 如請求項1或2之三氯化硼之製造方法，其中前述脫水步驟中使前述含氯氣體接觸前述碳化硼之溫度為300℃以上。
- 如請求項1或2之三氯化硼之製造方法，其中前述脫水步驟中使前述含氯氣體接觸前述碳化硼之溫度為400℃以下。
- 如請求項1至4中任一項之三氯化硼之製造方法，其中 前述脫水步驟係於低於大氣壓之低壓下進行。
- 如請求項1至5中任一項之三氯化硼之製造方法，其中前述含氯氣體係由20體積%以上60體積%以下之氯氣，與殘部之不活性氣體所形成。
- 如請求項6之三氯化硼之製造方法，其中前述不活性氣體為氮氣、氬及氦中之至少一種。
- 如請求項1至7中任一項之三氯化硼之製造方法，其中前述碳化硼為，通過篩孔徑5.60mm之乾式篩的篩下物為100質量%，且未通過篩孔徑1mm之乾式篩的篩上物為65質量%以上之粉體。
- 如請求項1至8中任一項之三氯化硼之製造方法，其中前述生成步驟中碳化硼與氯氣之反應溫度為800℃以上1100℃以下。
- 如請求項1至9中任一項之三氯化硼之製造方法，其中另備有，於反應容器內進行前述脫水步驟時，測定來自前述反應容器之前述脫水步驟中所排出之排出氣體中的水及氯化氫中至少一方之量，以評估前述反應容器內之水分量的水分量評估步驟。
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