三氟化硼-丙醇化物(C3H8BF3O),

概述理化性质制备方法纯化方法三氟化硼-丙醇化物(C3H8BF3O), 试剂级价格

CAS号:762-48-1
英文名:BORON TRIFLUORIDE, N-PROPANOL REAGENT 15
中文名:三氟化硼-丙醇化物(C3H8BF3O),
CBNumber:CB7289428
分子式:C3H7BF3O
分子量:126.89
MOL File:762-48-1.mol

三氟化硼-丙醇化物(C3H8BF3O),化学性质

密度 :0.905 g/mL at 25 °C(lit.)
折射率 :n20/D 1.379(lit.)
闪点 :96 °F
储存条件 :2-8°C
Merck :14,1349

安全信息

危险品标志 :T+,C
危险类别码 :14-26-35-10
安全说明 :26-28-36/37/39-45
危险品运输编号 :UN 2920 8/PG 2
WGK Germany :3
RTECS号 :ED2275000
F :10-21
海关编码 :3822.19.0080
危险等级 :8
包装类别 :I

三氟化硼-丙醇化物(C3H8BF3O),性质、用途与生产工艺

概述氟化硼又名三氟化硼,早应用于火箭高能燃料的合成，是一种无机化合物，有窒息性，不燃烧，不助燃，具有刺激性臭味的无色气体。在空气中遇湿气立即水解。分解时生成剧毒的氟化物烟雾。由于它是缺电子化合物和电子对接受体，故可作为许多有机合成反应的催化剂，如酯化、烷基化、聚合、异构化、磺化、硝化等。是制备卤化硼、元。
素硼、硼烷、硼氢化钠等的主要原料。氟化硼在石油制品中，还可作为合成有机硼化物的原料，作为聚合、烷基化和冷凝反应的催化剂，氟化硼及化合物在环氧树脂中用作固化剂。可作为制备光纤预制件的原料。
由于三氟化硼无论在石油化工、医药生产还是国防化工领域都有举足轻重的地位, 因此发达国家如美国、德国、日本等都有专业的大规模三氟化硼生产厂, 其中美国的联合信号公司及德国的BASF公司生产的瓶装三氟化硼在国际上有较高的影响。日本的钢铁化学公司生产的三氟化硼尽管有较高的纯度, 但其规模相对较小。
我国对三氟化硼的研究起步于20 世纪50 年代末, 当时为满足我国国防化工的需要, 光明化工研究所(现更名为:光明化工研究设计院)为生产高能燃料乙硼烷(NaH +BF3 ※B2H6 +NaF)开展了三氟化硼的合成、分析、络合的研究。对三氟化硼相关的分析、腐蚀性等特点进行了系统的摸索, 获得了三氟化硼设计必须的软件包。后来根据需要, 该项目转到其它单位进行生产, 我国目前采用硼砂为原料生产三氟化硼乙醚、乙腈络合物的生产厂, 所采用的技术基本上是光明化工研究设计院20 世纪60 年代的科研成果。
理化性质
- 物理性质：密度2.99g/L，熔点-126.8℃，沸点-99.9℃，临界温度：–12.25℃，饱和蒸汽压(–58℃)：1013.25 kPa；可溶于有机溶剂，能溶于冷水，浓硫酸和浓硝酸，不溶于苯、二氯苯、三氯甲烷、四氯化碳及二硫化碳。
- 化学性质：在空气中遇湿气立即水解，分解时生成剧毒的氟化物烟雾；在热水中水解生成氟硼酸和硼酸，在乙醇中分解，易与醚形成稳定的加合物BF3•(C2H5)2O。不能燃烧，不助燃，能迅速地与水、醇、酚、胺、膦类及酯、酮等形成络合物。潮湿的BF3可腐蚀许多金属；干燥的BF3和金属单质一般不反应，但可和许多物质形成加成化合物或烷基金属化合物。常见反应为：
2BF3+SiO2→2BOF↑+ SiF4↑
4BF3+3H2O→3HBF4+H3BO3
- 形貌与性状：剧毒,无色窒息性气体，有刺激性，在空气中产生白色的刺激性烟雾。
制备方法常见的制备方法可分为：氟硼酸盐高温热分解法、浓硫酸共热法、直接氟化法三大类。
- 氟硼酸盐高温热分解法
该方法利用了氟硼酸盐高温易于分解放出BF3的性质，反应机理如下：
NaBF4→BF3↑+NaF
KBF4→ BF3↑+KF
如：以氟硼酸钠为例，氟硼酸钠熔点为384℃，在400℃时开始缓慢分解，当温度达到700 ℃时开始快速分解。其制备BF3的工艺流程如下：

该方法具有设备简单，产品纯度高等优点。但是原料氟硼酸盐价格比较贵，过程不易连续，该方法不适合大量生产BF3气体。
- 浓硫酸共热法
（1）萤石硼酐法
如用CaF2、B2O3和发烟硫酸反应制备BF3的方法。反应原理为：
CaF2+H2SO4→ CaSO4+2HF↑
6HF+B2O3→ 2BF3↑+ 3H2O
该工艺设备简单，操作方便，但工艺过程中产生腐蚀性很强的HF，且收率不高。
（2）硼砂和液体氢氟酸反应法
反应原理如下：
Na2B4O7•10H2O+HF→Na2O4BF3+H2O
Na2O4BF3+H2SO4→NaHSO4+BF3↑
操作步骤为：先把装有200 mL氢氟酸的烧杯放在冰浴里，再把 120 g研碎的硼砂慢慢加入，加完后缓慢通入HF，可以进一步提高产率。反应后沉淀物过滤，烘干后与50 mL 发烟硫酸混合缓慢加热反应得到BF3。
该工艺方法简单，原料价格便宜，但制得的BF3含SiF4杂质较多，后期不易精制，同时产品最高收率仅为78%左右。
（3）加热氟硼酸盐、硼酐与浓硫酸的混合物制备BF3
该法原理为：
NH4BF4+B2O3+H2SO4→BF3↑+ NH4HSO4+H2O
该法工艺简单，但反应过程生成的水较多，就是加入过量的发烟硫酸也无法完全除去。生成的三氟化硼水合物BF3•nH2O凝聚在设备表面，影响BF3产品纯度的提高。但此法对酸法加工磷矿石的废物利用具有一定的应用价值。
(4) 硼酸与氟化氢反应法
在发烟硫酸的环境中，用H3BO3或B2O3与HF在常温下反应制备BF3。首先向反应釜中加入发烟硫酸，然后加入B2O3或H3BO3，通入SO3，最后通入HF，其中质量组成为发烟硫酸3~5，H3BO3 0.4 ~ 1.5，SO3 2~4，HF 2~7。通SO3和HF时系统温度控制在50~100℃。该方法具有反应温度低，安全性高，废液少等优点。
(5) BF3水合物和发烟硫酸反应制备BF3
该法对BF3水合物中BF3的浓度范围要求较高，所述BF3水合物中BF3的质量分数为47%~65.3 %，主要用于BF3的再生过程。
(6) 氟硅酸与硼酸法
这种方法中先由氟硅酸(H2SiF6)与硼酸或硼酐反应制得氟硼酸和硅氟硼酸经过浓缩后，与发烟硫酸共热来制备BF3。这种方法制得的BF3纯度高，杂质SiF4
的体积分数只有0.06 %。
（7）硼酸氟磺酸法
氟磺酸(HSO3F)和硼酸H3BO3(或硼酸的脱水形式HBO2、H2B4O7和B2O3)反应制备BF3气体。
3HSO3F+H3BO3→BF3+3H2SO4
（8）硼酸萤石法
用硼酸、萤石粉和发烟硫酸共热来制备BF3。制备原理：利用发烟硫酸的脱水作用，使硼酸脱水得到硼酐。在重铬酸钾作用下，三氧化硼、萤石粉和发烟硫酸混合加热即可得到BF3。
H3BO3→B2O3+3H2O+Q
3H2SO4+B2O3+3CaF2 →3CaSO4 +3 H2O + 2 BF3↑
综合反应式为：
3 H2SO4 + 2 H3BO3+3 CaF2 →3 CaSO4+ 2 BF3↑+ 6H2O + Q
- 直接氟化法制备BF3
该方法的化学反应式为：
2B+ 3 F2 → 2 BF3
工艺流程如下：

具体操作步骤：由电解制得的F2经冷冻液化后，抽空除去其中易挥发性杂质，净化后的F2通过管道进入反应器4中，与预热到150 ℃以上的单质硼接触反应，生成含有少量杂质的BF3。产品气体经过除尘器5除去其中的固体物质，接着进入精馏塔6，通过精馏去除其中的空气等杂质气体从而得到高纯度的 BF3，精馏塔6分离出来的易挥发组分经过吸附塔吸附处理后进入废气处理系统，处理达标后再排放。采用该工艺流程，顺利得到了体积分数为99.995 %的BF3 8kg。
接氟化法制备BF3反应过程有效地避免了如硼酸萤石法生产工艺过程中的水的生成，BF3的收率高，杂质生成少，易于精馏提纯。同时克服了采用氟硼酸盐高温热分解法原材料成本过高，工艺过程不能连续的缺点，应用该方法可以大批量的生产高纯的BF3气体。
纯化方法
针对不同的杂质，BF3气体的纯化工艺主要分为冷阱法，低温精馏法，选择性吸附法，化学转化法，方法联用（吸附与化学转化、吸附与精馏组合）等。
1、冷阱法
冷阱法是利用各种气体的沸点的不同而达到分离效果的一种最简单的纯化气体方法，通过冷阱法可以除去杂质气体中的N2、O2、Ar 等轻组分气体。
方法如下：

冷阱法操作简便，成本低，但是只用冷阱法纯化的气体除去了部分的杂质气体，得到的气体纯度不高，还不能用于电子气体产业，需要采用其它方法对BF3气体进行进一步的纯化。
2、低温精馏法
低温精馏法是利用在气液平衡的状态下，气相中的低沸点组分含量比液相中高这一特点，在精馏塔中经过多次部分蒸发和部分冷凝的气液平衡过程，实现不同组分的分离和提纯。通过低温精馏法可以除去SiF4杂质气体。其工艺流程图为：

1-精馏塔；2-冷凝器；3-再沸器
3、选择吸附法
选择吸附法是利用吸附剂对气体中各组分的吸附能力的差别，达到分离纯化的目的。选择性吸附法可以除去CO2、CF4、SO2等杂质气体。常用的吸附方法主要是物理吸附，通常使用的吸附剂有分子筛、活性炭、赘合剂等。为了最经济、最有效、最安全地除去杂质，活性炭吸附法得到广泛应用。
选择性吸附法操作简易，设备安全，而且吸附剂可以重生循环利用，但是无机无机吸附剂的选择性比较差，性能不太稳定，进行连续的工业化生产有一定的难度。
4、化学转化法
化学转化法是通过化学反应除去杂质的方法。目前电子气体中HF杂质主要通过精馏或水洗法除去，但由于BF3易溶于水，以上方法难以适用。NaF吸附转化 HF 在含氟电子气体的纯化工艺中有着极为重要的应用[28]。NaF是一种很好的吸附剂，吸附HF是因为两物质发生化学反应生成NaHF2，达到除去HF的目的。
化学转化法适用范围比较广，操作相对简单，并且可以循环利用，在气体的纯化方面有重要的应用。
5、联用纯化
（1）吸附与化学转化组合
气体进料阶段先通过吸附塔除去 CO2、CF4、SO2等杂质气体。为了减小填料塔的压力损失，填料塔充填的吸附剂最好是球型、旋转椭圆体或多边柱型等填料。然后通过装有NaF的不锈钢塔除去HF。
用化学转化与吸附联用方式操作简单，得到的BF3气体纯度提高，但是SiF4杂质气体不能有效地除去。
（2）吸附与精馏组合
天津市泰源工业气体有限公司申请的专利中公开了一种精馏与吸附组合提纯的方式，装置图如下：

1— 原料进气口管；2—再沸器；3—填料塔；4—冷凝器；5—低沸点杂质排放管；6—液态产品取出管；7—产品接受槽；8—冷却套；9—加热套；10—高沸点杂质参照上图，在填料塔3中进行精馏，塔顶形成的BF3蒸气高沸点杂质含量较低。蒸气在冷凝器中冷凝回流，低沸点成分由低沸点杂质排放管排出。纯化的液态 BF3贮存到产品接受槽。
此工艺流程合理、制备简单，采用该方法，可以达到稳定并且连续的操作。BF3中的杂质可降到1 μL/L 以下，同时解决了环境污染的问题，是理想的BF3制备技术。
（3）改进的纯化方法——高丰度三氟化硼电子特气的实验室研究
由上述联用纯化工艺可以看出，吸附与精馏组合的操作过程对三氟化硼的纯化有一定的研究意义和经济效益，此方法得到的BF3纯度较高，可以用于规模化的电子工业。根据以上方法的基础，本实验室针对富集后高丰度BF3气体，提出改进的气体纯化方法，工艺流程图如下：

1—混合型填料吸附器；2—Na F 吸附器；3—冷阱； 4—液氮储罐；5—精馏塔 BF3气体进料后先通过吸附器1除去CO2、CF4、SO2等杂质气体，温度控制在−50～−90℃范围内采用低温吸附效果更佳。然后进入吸附器2 除去HF杂质气体，温度控制在20℃，压力约为 0.15 MPa，吸附流量约为 0.2 L/min，此时的吸附效率最高。经过冷阱除去 N2、O2、Ar 等轻组分气体，最后用低温精馏除去 SiF4等杂质气体。
此方法流程合理，操作简易，并且可以达到稳定操作，结合了物理吸附、化学转化、冷阱和低温精馏的方法，并且针对不同的杂质气体采取不同的操作方法，使得 BF3气体中的杂质含量进一步降低，最终得到高纯度的BF3气体。

表 1 几种纯化方法的比较