|
1.3
-
расм. Хар хил шароитларда
триэтоксисилан синтези реакцияси
тезлигининг вақт бўйича ўзгариши.
Солиштириш мақсадида биринчи
ҳолда металлаургик кремний оддий
шароитда,
яъни
атмосфера
муҳитида
қуруқ ҳолда
30-
100 мкм
катталиккача майдаланиб, реак
-
торга катализатор билан юкланди,
ҳарорат
240
о
Сга еткач, реакторга
сувсизлантирилган этил спирти
соатига 600 мл тезликда узатилди. Реактордан чиқишида суюқлик пайдо
бўлиши билан ва кейинги хар 30 минутда маҳсулотдан намуна олинди.
Agilent
®
GC
7890A
газ хроматографида текширилган
намуналар шуни
кўрсатдики, бу шароитда мелаллургик кремний ва этил спиртининг
реакцияси 150 минутдан сўнг бошланиб, унинг интенсивлиги аста
-
секин
ошиб борди (
1.3-
расм, 1 чизиқ), кейинчалик эса реакция секинлашиб
бориб,
19
спирт узатилиши бошлангандан 500 минут ўтгач, бутунлай тўхтади.
Триэтоксисилан бўйича селективлик 70 фоизни ташкил қилди.
Иккинчи ҳолатда тажриба биринчи ҳолдаги сингари, бироқ реагентлар
тайёрлаш муҳити кўра тубдан фарқ қилувчи
шароитда ўтқазилди. Яъни
металлургик кремний “ҳўл” усулда 1:2 нисбатда олинган эритувчи суюқлик
THERMINOL®66
муҳитида майдаланди. Майдаланиш жараёнида ҳосил
бўлувчи суспензия таркибига катализатор киритилди ва суспензия реакторга
юкланди. Синтез жараёни реакторга спирт узатилгач, 10 минутдан сўнг
бошланди ва биринчи 60 минут давомида тезлашиб борди (
1.3-
расм, 2 чизиқ)
.
Реакция тезлиги 180 минут ўтгач, секинлашиб борди ва спирт узатилиб
бошлангандан кейинги 260
-
минутда тўхтади.
Триэтоксисилан бўйича
селективлик 94 фоизни ташкил қилди. Бунда реакциянинг тўхташ сабаби
реакцион массада кремний миқдорининг критик қийматидан камайишидир.
Учинчи тажрибада
олдинги ҳолдаги барча шароитлар сақланилиб,
қўйида келтирилган формула орқали ҳисобланилувчи кремнийнинг
сарфланган
миқдорини
суспензия таркибида реакторга узатиш орқали
қопланган:
m
Si
= k
1
·m
TES
+ k
2
·m
TEOS
(1.5)
бунда ерда
m
TES
–
триэтоксисилан,
m
TEOS
–
тетраэтоксисиланларнинг реакция
натижасида олинган массалари,
k
1
и
k
2
коэффициентлар мос равишда
триэтоксисилан ва тетраэтоксисилан синтези учун кремний сарфини
ҳисоблаш имконини беради. Кўрилаётган ҳол учун
k
1
= 0,171 ва
k
2
=0,135
бўлиб, бир моль миқдордаги модда
массасида кремний хиссаси
билан
аниқланади. Синтез жараёни реакторга спирт узатилгач, тўққизинчи минутда
бошланди ва дастлабги
90 минут давомида тезлашиб бориб, сўнгра
стабиллашди (
1.3-
расм, 3 чизиқ). Реакция махсулотлар таркибида кўпик
пайдо бўлиб бошланганда 250
-
минутда айтайлаб тўхтатилди.
Реакторга
ортиқча
эритувчи юкланганлиги ва бунинг оқибатида реакцион масса хажми
ошиб кетгани кўпик хосил бўлишига сабаб бўлди. Триэтоксисилан бўйича
селективлик 93 фоизни ташкил қилди.
Тўртинчи тажриба мисолида алкоксисиланлар синтези самарадорлиги
ошириш учун таклиф қилинган қўйидаги барча техник ечимлар бир вақтнинг
ўзида амалга оширилди: 1) кремнийни ҳимоявий муҳитда майдалаш; 2)
кремний сарфини қоплаш; 3) реактор деворига ўрнатилган сопол мембрана
орқали эритувчи суюқликнинг ортиқча миқдори реактордан чиқариш. Синтез
жараёни реакторга спирт узатилгач, ўнинчи минутда бошланди ва дастлабки
60 минут давомида тез ўсиб,
120-
минутгача секинрок ўсишда давом этди ва
сўнгра стабиллашди (
1.3-
расм, 4 чизиқ). Тажрибанинг 500
-
минути давомида
600 г кремний ва 1200 г THERMINOL®66
эритувчи суюқликдан иборат
суспензия реакторга тўхтовсиз узатилди ва натижада 3380 г триэтоксисилан
ва 141 г тетраэтоксисилан олинди. Триэтоксисилан бўйича селективлик 96
фоизни ташкил қилди.
20
Реактордан чиқарилган эритувчи суюқлик фильтрлаб,
тозалангандан
сўнг технологик жараёнга қайтарилди. Таҳлиллар шуни кўрсатдики,
эритувчининг фильтрлаш чўкмаси кимёвий таркиби бирламчи хом ашё
металлургик кремний таркибига мос келади. Бу эса қўйидагича хулоса
қилишга асос бўлади: майдаланган кремний заррачалари (қаттиқ фаза)
таркибидаги киришмалар реакция жараёнида эритувчи (суюқ фаза)
таркибига ўтади ва мембрана ғоваклари орқали эритувчи билан реакция
зонасидан олиб чиқилади. Ўрнатилган сопол мембана ғоваклар катталиги 5
мкмни ташкил килган. Таҳлиллар яна шуни кўрсатдики,
реактордан
суюқликни олиб чиқиш даврида кремнийни йўқотилиши бир фоиздан
ошмайди ва муҳими шундаки, кремнийнинг реакторда қолган қисми
-
деярли 99% фоизидан ошиғи фақат реакцияда сарф бўлиб, унинг
юқори
конверсия даражасини таъминлайди.
Шундай қилиб, таклиф қилинган техник ечимлар мажмуаси
триэтоксисилан синтези реакцияси индукцион даврини йўқотиш, реакцияни
сарфланаётган реагентлар билан тўхтовсиз равишда таъминлаш,
киришмаларни олиб чиқиш йўли билан реакцион муҳит фаоллигини сақлаш
ва пировардида алкоксисиланлар синтези жараёнини тўлиқ тўхтовсиз
режимда амалга ошириш имконини берди.
1.2. Алкоксисиланлар
асосида моносилан синтези жараёни
Юқорида ёритилган алкоксисиланлар синтези технологияси
поликристалл кремний олишнинг моносиланли технологиясини яратиш
йўлидаги кейинги қадам
-
моносилан синтези технологиясини яратишга асос
бўлади.
Триэтоксисиланнинг каталитик диспропорциялаш орқали моносилан
синтези қўйидагича амалга ошади:
4SiH(OC
2
H
5
)
3
→ SiH
4
+ 3Si(OC
2
H
5
)
4
(1.6)
Каталитик диспропорциялаш орқали амалга оширилувчи моносилан
синтези жараёни тадқиқ қилиш, ҳамда адабиётлар ва патентларда акс
эттирилган маълумотларни таҳлил қилиш натижасида жараённи самарали
амалга оширишга тўсқинлик қилувчи қўйидаги омиллар мавжудлиги
аниқланди:
металлургик кремний ва спиртнинг бевосита реакцияси натижасида
олинган триалкоксисиланни 99,999 фоизгача тозалашга интилиш бу жараёни
кўп босқичда амалга оширилишини ва бунинг учун мураккаб қурилмалар
қўлланилишини талаб қилади;
диспропорциялаш жараёнини амалга ошириш учун таклиф
қилинаётган катализаторлар ёки ўта хавфли моддалар сарасига киради
(масалан, трет бутилат калий),
ёки фаоллиги паст бўлиб, жараённи амалга
ошириш учун кўп вақт талаб қилади ва унинг самарадорлигини пасайтиради;
моносиланни тозалаш жараёни кўп босқичда амалга оширилади ва
натижада бу технологик қурилмалар таркибини мураккаблашувига, ҳамда
маҳсулот таннархини оширилишига олиб келади;
21
моносилан синтез жараёни даврий равишда амалга оширилади.
Олиб борилган тадқиқотлар биринчи навбатда ушбу муаамоларни ҳал
қилишга қаратилди. Натижада кўрсатиб ўтилган камчиликлардан ҳоли
бўлган моносилан синтезининг янги технологияси ва уни амалга ошириш
учун қурилма яратилди. Моносилан синтези жараёнини амалга ошириш учун
қурилманинг умумий кўриниши 1.4
-
расмда акс эттирилган.
Do'stlaringiz bilan baham: |
