一種利用多晶硅副產(chǎn)物制備鎂硅基粉體熱電材料的方法技術

一種利用多晶硅副產(chǎn)物制備鎂硅基熱電材料的方法，屬于熱電材料制備領域，具體而言是利用多晶硅副產(chǎn)物SiCl4制備Mg2Si新型熱電材料的制備技術方案，特別是能夠利用多晶硅有毒副產(chǎn)物制備出新型綠色能源熱電轉換材料。其特征在于利用多晶硅有毒副產(chǎn)物SiCl4先與溶解在有機溶劑四氫呋喃中的Mg2H反應生成SiH4氣體，再將SiH4氣體與Mg2H加熱反應得到Mg2Si基熱電材料。本方法的特點是原料來源豐富、工藝簡單，制備出的Mg2Si熱電材料具有較好的熱電性能，不僅解決了多晶硅副產(chǎn)物SiCl4回收難的問題，而且降低了生產(chǎn)成本，減少了環(huán)境污染，提供了新能源材料的生產(chǎn)方法。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術一種利用多晶硅副產(chǎn)物制備鎂硅基熱電材料的方法，屬于熱電材料制備領域，具體而言是利用多晶硅副產(chǎn)物SiCl4制備Mg2Si新型熱電材料的制備技術方案，特別是能夠利用多晶硅有毒副產(chǎn)物制備出新型綠色能源熱電轉換材料。
技術介紹
多晶硅的生產(chǎn)技術有:改良西門子法、硅烷法和流床法。正在研發(fā)的還有冶金法、氣液沉積法、重摻硅廢料法制造低成本多晶硅的新工藝，其中以西門子法生產(chǎn)多晶硅為最多。西門子法(三氯氫硅還原法)是以HCl (C12、H2)和冶金級工業(yè)為原料，將粗硅(工業(yè)硅)粉與HCl在高溫下合成為SiHCl3，然后對SiHCl3進行化學提純，接著對SiHCl3進行多級精餾，使純度達到9個9以上。因此，在SiHCl3合成和還原制取多晶硅的過程中，都會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物Sici4，還原過程產(chǎn)出it多晶硅所產(chǎn)生的有毒副產(chǎn)物SiCiJi往超過iot，Sici4又難于回收和轉換再利用。目前SiCl4通常作為:(1)制造氣相法白炭黑的主要原料，目前國際市場已趨于飽和，而且高端規(guī)模技術化仍然有待于突破；(2)生產(chǎn)三氯氫硅，可以通過等離子體法還原四氯化硅、熱氫化技術、氫氯法、冷氫法得到三氯氫硅，但是由于將四氯化硅通過這些技術轉術轉化成三氯氫硅的成本比直接合成三氯氫硅的成本還要高，使這些技術難以工業(yè)化；(3)光纖高純四氯化硅，2009年中國光纖用量8800萬纖芯公里，預制棒70進口，若全部自制最多需SiCl4約4000噸，無法消化一千噸多晶硅公司的SiCl4 ; (4)用來生產(chǎn)多晶硅，2009年中國光纖用量8800萬纖芯公里，預制棒70進口，若全部自制最多需要SiCl4約4000噸，無法消化一千噸多晶硅公司的SiCl4 ; (5)合成一些有機硅產(chǎn)品，合成一些有機硅產(chǎn)品會受到次生污染和消耗量的制約，而且此方法消耗的SiCl4有限。熱電材料是利用熱電效應(溫差電效應)實現(xiàn)電能與熱能之間相互轉換的一類功能性材料，轉換過程不需要任何傳動裝置，因此工作時無噪音、無排棄物，對環(huán)境無污染，并且使用壽命長，具有廣泛的應用前景。其中Mg - Si基熱電材料屬于中溫熱電材料，工作溫度為5(ΚΓ800Κ，其廉價、無毒、耐腐蝕、高溫下穩(wěn)定性好，是一種新型綠色能源材料，具有廣泛的應用前景。利用有毒副產(chǎn)物SiCl4制備Mg2Si熱電材料，為我國多晶硅產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展開辟了新的途徑。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術一種利用多晶硅副產(chǎn)物制備鎂硅基熱電材料的方法目的在于:為解決現(xiàn)有技術中SiCl4回收難的問題，從而公開一種利用多晶硅副產(chǎn)物SiCl4制備Mg2Si新型熱電材料的技術方案，該方法降低了生產(chǎn)成本，解決了 SiCl4回收難的問題，反應產(chǎn)物Mg2Si屬于綠色能源，減少了環(huán)境污染。本專利技術一種利用多晶硅副產(chǎn)物制備鎂硅基熱電材料的方法，其特征在于是利用多晶硅副產(chǎn)物SiCl4通過化學反應制備出Mg2Si熱電材料的方法，該方法是先由按比例混合的顆粒度≤45 μ m,純度≤99.5%的MgH2粉末原材料和純度為99%的SiCl4在純度為99.2%的有機溶劑C4H8O中反應生成SiH4氣體，C4H8O不直接參與反應；然后SiH4氣體再與顆粒度彡45 μ m，純度> 99.5%的MgH2原材料通過加熱反應得到Mg2Si粉末，反應方程式為:SiCl4+2MgH2=2MgCl2+SiH4(I) SiH4+2MgH2=Mg2Si+4H2(2) 為保證SiCl4反應完全，對于方程(I)反應物SiCl4和MgH2的摩爾比小于等于0.5，具體反應步驟為: 1)先稱取MgH2和C4H8O置于三口燒瓶4中，并密封，再稱取MgH2置于U型反應器10中，并密封，把三口燒瓶4和過濾裝置5、干燥裝置6、集氣瓶7、減壓閥8、流量計9、U型反應器10和礦物油12采用石英管依次連接(如圖1所示)，其中三口燒瓶4浸沒于溫度為120-130°C的甘油浴13中，并用電動攪拌器2持續(xù)攪拌，U型反應器10置于加熱爐11中； 2)向整個連接裝置中通入載流氣體Ar進行清洗5-10min； 3) 用注射器3將SiCl4注射到三口燒瓶4中，反應后得到產(chǎn)物SiH4,SiH4經(jīng)過濾裝置5和干燥裝置6后收集在集氣瓶7中，打開減壓閥8和流量計9，將SiH4通入U型反應器10中與MgH2進行反應，反應溫度為400-450°C，生成的副產(chǎn)物氫氣通入礦物油12中，產(chǎn)物Mg2Si粉體自然冷卻至室溫。本專利技術利用多晶硅生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物SiCl4作為原材料制備Mg2Si基熱電材料的方法具有的有益效果是:SiCl4作為多晶硅生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，有毒性，難以回收利用，且必須密封存放，一旦發(fā)生泄漏便會造成嚴重的環(huán)境污染和能源浪費。利用SiCl4取代傳統(tǒng)的Si粉作為原材料制備Mg2Si熱電材料，其副產(chǎn)物MgCl2對環(huán)境沒有污染，可用于制金屬鎂、消毒劑和陶瓷，或者用于填充織物、造紙和水泥等方面；產(chǎn)物Mg2Si為環(huán)境友好材料，適合于汽車尾氣、工業(yè)余熱和垃圾焚燒廢熱等回收，可用于熱電能源技術，達到開發(fā)新能源和保護環(huán)境的目的。附圖說明圖1利用SiCl4制備Mg2Si基粉體熱電材料的裝置，圖中 1-載氣2-電動攪拌器3-注射器4-三口燒瓶5-過濾裝置6-干燥裝置7-集氣裝置8-減壓閥9-流量計10- U型反應器11-加熱爐12-礦物油13-甘油浴。具體實施例方式實施方式I 先稱取0.26mol的MgH2 (顆粒度彡45 μ m,純度彡99.5%)和1.04mol的C4H8O (純度99.2%)置于三口燒瓶4中，并密封，再稱取0.13mol的MgH2(顆粒度彡45 μ m，純度彡99.5%)置于U型反應器10中，并密封，把三口燒瓶4和過濾裝置5、干燥裝置6、集氣瓶7、減壓閥8、流量計9、U型反應器10和礦物油12采用石英管依次連接，其中三口燒瓶4浸沒于溫度為120°C的甘油浴13中，并用電動攪拌器2持續(xù)攪拌，U型反應器10置于加熱爐11中。先向整個連接裝置中通入80ml/min的載流氣體Ar進行清洗5min,然后將流量調(diào)至20ml/min,用注射器3將0.065mol的SiCl4 (純度99%)注射到三口燒瓶4中，反應后得到產(chǎn)物SiH4,SiH4經(jīng)過濾裝置5和干燥裝置6后收集在集氣瓶7中，打開減壓閥8和流量計9，將SiH4通入U型反應器10中與MgH2進行反應，反應溫度為400°C，生成的副產(chǎn)物氫氣通入礦物油12中，2.5h后切斷熱源，產(chǎn)物自然冷卻。生成的Mg2Si粉末顆粒度小于lOOnm。 實施方式2 先稱取0.13mol的MgH2 (顆粒度≤45 μ m,純度≥99.5%)和1.04mol的C4H8O (純度99.2%)置于三口燒瓶4中，并密封，再稱取0.13mol的MgH2(顆粒度≤45 μ m，純度≥99.5%)置于U型反應器10中，并密封，把三口燒瓶4和過濾裝置5、干燥裝置6、集氣瓶7、減壓閥8、流量計9、U型反應器10和礦物油12采用石英管依次連接，其中三口燒瓶4浸沒于溫度為125°C的甘油浴13中，并用電動攪拌器2持續(xù)攪拌，U型反應器10置于加熱爐11中。先向整個連接裝置中通入80ml/min的載流氣體Ar進行清洗8min,然后將流量調(diào)至20ml/min,用注射器3將0.065mol的SiCl4 (純度99%)注射到三本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種利用多晶硅副產(chǎn)物制備鎂硅基熱電材料的方法，其特征在于是利用多晶硅副產(chǎn)物SiCl4通過化學反應制備出Mg2Si熱電材料的方法，該方法是先由按比例混合的顆粒度≤45μm，純度≥99.5%的MgH2粉末原材料和純度為99%的SiCl4在純度為99.2%的有機溶劑C4H8O中反應生成SiH4氣體，C4H8O不直接參與反應；然后SiH4氣體再與顆粒度≤45μm，純度≥99.5%的MgH2?原材料通過加熱反應得到Mg2Si粉末，反應方程式為：?SiCl4+2MgH2=2MgCl2+SiH4??????????????????????????????????????（1）SiH4+2MgH2=Mg2Si+4H2?????????????????????????????????????????（2）為保證SiCl4反應完全，對于方程（1）反應物SiCl4和MgH2的摩爾比小于等于0.5，具體反應步驟為：先稱取MgH2和C4H8O置于三口燒瓶4中，并密封，再稱取MgH2置于U型反應器10中，并密封，把三口燒瓶4和過濾裝置5、干燥裝置6、集氣瓶7、減壓閥8、流量計9、U型反應器10和礦物油12采用石英管依次連接（如圖1所示），其中三口燒瓶4浸沒于溫度為120?130℃的甘油浴13中，并用電動攪拌器2持續(xù)攪拌，U型反應器10置于加熱爐11中；2）向整個連接裝置中通入載流氣體Ar進行清洗5?10min；3）用注射器3將SiCl4注射到三口燒瓶4中，反應后得到產(chǎn)物SiH4，SiH4經(jīng)過濾裝置5和干燥裝置6后收集在集氣瓶7中，打開減壓閥8和流量計9，將SiH4通入U型反應器10中與MgH2進行反應，反應溫度為400?450℃，生成的副產(chǎn)物氫氣通入礦物油12中，產(chǎn)物Mg2Si粉體自然冷卻至室溫。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：陳少平，張霞，李育德，張機源，樊文浩，孟慶森，易堂紅，
申請(專利權)人：太原理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：