四氯化矽催化氫化製備三氯氫矽工藝及機理研究

《四氯化矽催化氫化製備三氯氫矽工藝及機理研究》是依託南昌大學，由張寧擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：四氯化矽催化氫化製備三氯氫矽工藝及機理研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：張寧
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

隨著太陽能光伏產業的飛速發展，對高純多晶矽的需求正急劇增加。目前最廣泛採用的高純多晶矽製備技術為三氯氫矽還原法，但是每生產1噸多晶矽將產生四氯化矽副產物10～14噸。2010年多晶矽產量將達到 1.2 5萬噸，四氯化矽副產物將達到約15萬噸。因此，四氯化矽的轉化利用已成為多晶矽行業、乃至太陽能光伏行業發展的瓶頸。在各種利用方法中，將SiCl4氫化為SiHCl3重新做原料是多晶矽生產中最節約資源且環境友好的途徑。本項目將針對目前各種方法中的缺點(如高溫高壓、轉化率低、選擇性差、機理不明等)，首次在催化劑中引入稀土元素，採用矽化金屬（或合金）與路易斯酸相結合的催化劑及工藝，通過物化表征、原位反應表征及量子計算等方法，研究其反應機理，進一步開發新型催化劑和改進催化工藝，不斷加深對SiCl4催化氫化的行為機制和內在規律的理解和認識，從而為SiCl4的利用轉化提供一條有效可行的途徑。

結題摘要

由於太陽能光伏產業的飛速發展，對高純多晶矽的需求正急劇增加。目前最廣泛採用的高純多晶矽製備技術為SiHCl3還原法，該方法會產生大量SiCl4副產物。因此，SiCl4的轉化利用已成為多晶矽行業、乃至太陽能光伏行業發展的瓶頸。在各種利用方法中，將SiCl4氫化為SiHCl3重新做原料是最節約資源且環境友好的途徑。 本項目主要研究了活性炭和金屬氧化物負載過渡金屬催化劑，金屬矽化物催化劑以及與路易斯酸相結合複合催化劑，初步探索了光催化SiCl4製備SiHCl3，考察了不同載體的影響和金屬助劑的作用。結果表明活性炭負載的過渡金屬催化劑具有更好的活性，其中Co/C效果最好，最佳工藝條件：催化劑用量為0.1 g，Co含量為2 mmol/1g C，n(H2) ：n(SiCl4)為6，氫氣流速為30 mL/min，反應溫度為750 °C，0.1MPa，SiHCl3產率能達到13.8%。金屬矽化物催化劑以Ni-Ba金屬矽化物催化劑最好，最佳工藝條件為：催化劑用量0.15 g，BaCl2為1%，Ni為5%，H2：SiCl4為6，氫氣流速為30 mL/min，反應溫度900 °C，0.1MPa，SiHCl3收率達到19.8%。適量的引入BaCl2有利於生成高活性低Si/M比的矽化物活性物種Ni3Si，類似結果未見報導，這些結果為製備低Si/M比的金屬矽化物催化劑提供了一種方法或指導。另外結合物化表征及量子計算等方法，初步研究了其反應機理。所開發的Co/C和Ni-Ba金屬矽化物催化劑催化工藝均實現了常壓催化，大大降低了反應體系的壓力，降低能耗，對社會、經濟、環境具有重要意義，具有較好的工業套用前景。