[发明专利]一种砷烷和氯气联合电解装置和使用其的砷烷和氯气联合电解方法

说明书

本发明提供了一种砷烷和氯气联合电解装置和使用其的砷烷和氯气联合电解方法。所述装置包括：电解槽，电解槽中设置阳离子半透膜，阳离子半透膜将电解槽分为阳极电解槽和阴极电解槽，阳极电解槽中设置阳极膜电极，阳极电解槽连通有阳极电解液进料管、阳极电解液出料管和氯气出料管；阴极电解槽中设置砷阴极，阴极电解槽连通有阴极电解液进料管、阴极电解液出料管和砷烷出料管。所述方法包括：在阳极电解槽中用阳极膜电极电解含有氯盐的阳极电解液，得到氯气，氯盐中的阳离子通过阳离子半透膜进入阴极电解槽；同时在阴极电解槽中用砷阴极电解阴极电解液中的水，得到砷烷。本发明提供的装置实现了同时产生高纯砷烷和高纯氯气。

技术领域

本发明属于高纯电子气体制备领域，涉及一种砷烷和氯气联合生产装置和生产方法，尤其涉及一种砷烷和氯气联合电解装置和使用其的砷烷和氯气联合电解方法。

背景技术

在半导体行业、太阳能行业、LED行业、平板显示行业和光纤行业快速发展的今天，高纯砷烷气体和高纯氯气的工艺使用范围越来越广泛,高纯砷烷和高纯氯气都是剧毒气体，高纯砷烷还是易燃易爆气体。普通的化学合成法制得的高纯砷烷气体中的杂质含量高，去除气体杂质和提纯砷烷过程是很大的难题，电解法制砷烷直接采用高纯单质砷或高纯含砷原料，能够从原材料上减少杂质的引入，大大简化了砷烷的提纯工艺，电解法制砷烷是未来解决气体供应难题的一个比较好的途径。另外电解法制砷烷的砷的转化效率高，危险废弃物排放少，环保压力小，在国内日益严峻环保压力下，电解制法砷烷工程实施可行性和经济性表现出越来越明显。

高纯砷烷气体的钢瓶一般内部充装23.5kg液态砷烷，高纯氯气电子气体一般是采用250kg储罐储存液态氯气，这些气体若出现泄露就会引起非常严重的事故。

高纯氯气的使用范围越来越广，氯气也是剧毒气体。直接采用高纯氯化钠原材料电解法制高纯氯气可以简化氯气的纯化过程，可以就近在线方法提供高纯氯气。

然而现有的砷烷及氯气制备方法存在过程繁琐，操作困难，成本高，不利于大规模生产等问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种砷烷和氯气联合电解装置和使用其的砷烷和氯气联合电解方法。本发明提供的装置能够同时电解制备砷烷和氯气两种气体，并且可以在需要使用的时候实时生产这两种气体，能够满足砷化镓太阳能产线对电子气体的需求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种砷烷和氯气联合电解装置，所述装置包括电解槽，所述电解槽中设置阳离子半透膜，所述阳离子半透膜将电解槽分为阳极电解槽和阴极电解槽；

所述阳极电解槽中设置阳极膜电极，所述阳极电解槽连通有阳极电解液进料管、阳极电解液出料管和氯气出料管；

所述阴极电解槽中设置砷阴极，所述阴极电解槽连通有阴极电解液进料管、阴极电解液出料管和砷烷出料管。

本发明提供的装置中，阴极电极槽用于盛放阴极电解液，并用砷阴极进行电解反应制备砷烷。阳极电解槽用于盛放阳极电解液，并用阳极膜电极进行电解反应制备氯气，同时阳极电解液中的阳离子通过阳离子半透膜进入阴极电解槽中。

本发明提供的装置中，阴极电解液进料管和阴极电解液出料管分别用于向阴极电解槽通入阴极电解液和从阴极电解槽排出阴极电解液，因为随着电解的进行，阴极电解槽中的阴极电解液的阳离子浓度会越来越浓，需要通过阴极电解液的循环处理以保证阴极的正常电解。而阳极电解液进料管和阳极电解液出料管分别用于向阳极电解槽中通入阳极电解液和从阳极电解槽排出阳极电解液，因为随着电解的进行，阳极电解槽中的阳极电解液中溶质的浓度会越来越低，需要通过阳极电解液的循环处理以保证阳极的正常电解。

本发明中，阴极电解槽和阳极电解槽之间通过阳离子半透膜隔开，可以保证阳极电解产生的阳离子通过阳极半透膜进入阴极电解槽中，而不允许其他离子透过半透膜进入阴极电解槽。