一次單晶硅生產(chǎn)工藝后,氬氣會受到CO、H₂等雜質(zhì)氣體的污染,無法再次使用,且雜質(zhì)氣體濃度通常小于0.01%,傳統(tǒng)方法（如物理吸附、化學(xué)吸附和催化氧化）難以高效直接進(jìn)行脫除�；诖吮尘�,本文提出"化學(xué)鏈燃燒凈化回收氬氣"技術(shù),采用第一性原理計(jì)算對高活性載氧體材料進(jìn)行篩選,選擇并制備了CuCoFe三元尖晶石載氧體材料,實(shí)現(xiàn)了中溫條件下對低濃度雜質(zhì)氣體的精確脫除,處理后的氬氣中CO及H₂含量低于0.001%,回收氬氣純度>99.9998%,單次循環(huán)回收率>90%。 

【文章來源】：工程熱物理學(xué)報(bào). 2020,41(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖１（ａ）所示，我們發(fā)現(xiàn)Ｃｕ為Ａ位尖晶石材料??的氧空位形成能最低和氧遷移能壘較低，相關(guān)材料??ＴＰＲ測試結(jié)果如圖１（ｂ）所示，選擇第一個還原峰作??為一氧化碳還原溫度，對整個ＴＰＲ曲線進(jìn)行積分獲??得峰面積，對應(yīng)載氧體的氫氣消耗量，關(guān)聯(lián)于其還??原深度

ｙｇｅｎ?ｖａｃａｎｃｙ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ??（ｃ＞?ｂ位摻雜材料氧空位形成能與還原溫度預(yù)測ｍ??ｓ亦有很好的脫除效率，說明在該溫度下，載氧體??釋氧效率高，活性最高。在固定床反應(yīng)器內(nèi)對載氧??體的循環(huán)特性進(jìn)行測試，５００°Ｃ下進(jìn)行２０個循環(huán)，結(jié)??７００００??６００００??５００００??４００００??３００００??０．４?０．８?１．２?１．６??Ｏｘｙｇｅｎ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ??（ｄ）氧遷移能壘和還原深度擬合圖??圖２?ＣｈＢ２０４尖晶石結(jié)構(gòu)的計(jì)算??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｅ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＣＵＢ２Ｏ４?ｓｐｉｎｅｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??對于尖晶石單摻雜結(jié)構(gòu)ＣｕＢｉｉ．５Ｂ２０．５Ｏ４，確定??Ｂｌ，?Ｂ２的元素為Ｃｏ和Ｆｅ，考慮尖晶石Ａ，?Ｂ位雙摻??雜結(jié)構(gòu)，Ａ１ｑ．５Ａ２〇．５Ｂ１ｉ．５Ｂ２〇．５〇４，確定Ａ１位兀素為??Ｃｕ，進(jìn)行計(jì)算，Ａ２位元素有Ｇａ，Ｎｉ，?Ｍｎ，Ｍｇ，?Ｃｏ，?Ｚｎ，??Ｆｅ，Ｔｉ，?Ｚｎ，Ｇｅ進(jìn)行雙摻雜計(jì)算，計(jì)算結(jié)果和相關(guān)預(yù)??測如圖３（ｂ）、（ｅ）、（ｆ）所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，??當(dāng)Ａ２位元素位Ｃｏ時，其氧遷移能壘最低，且氧空??位形成能較低，預(yù)測材料在２００°Ｃ下即可發(fā)生反應(yīng)，??且還原深度最高。根據(jù)上述分析，對尖晶石雙摻雜結(jié)??構(gòu)進(jìn)行計(jì)算篩選，最終選擇Ｃｕｏ．５ＣｏＱ．５Ｂｈ．５Ｂ２ｎ．５Ｏ４??作為本實(shí)驗(yàn)載氧體材料。??２．４載氧體ＴＰＲ及ＸＲＤ表征??對上文中篩選的Ｃｉｉ〇．５Ｃ〇（）．５Ｃ〇１．５Ｆｅａ５０４進(jìn)行制??備以及ＴＴＲ測試和ＸＲＤ表征，結(jié)果如圖４所示。??如圖４（ａ）所示

２??０．００１??２５?３０?３５?４０?４５?５０?５５?６０??２０／（°）??圖?４?Ｃｕ０．５Ｃ〇０．５Ｃ〇１．５Ｆｅ０．５Ｏ４?的（ａ）?ＴＰＲ?圖和（ｂ）?ＸＲＤ?圖??Ｆｉｇ．?４?Ｔｈｅ?（ａ）?ＴＰＲ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ａｎｄ?（ｂ）?ＸＲＤ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｏｆ??Ｃｕｏ．５Ｃｏｏ．５Ｃ０１．５Ｆｅｏ．５Ｏ４??０．００６??０．００５??２．６熱力學(xué)計(jì)算??為了研究不同溫度下載氧體反應(yīng)的熱力學(xué)性??質(zhì)，對上述樣品反應(yīng)的吉布斯自由能進(jìn)行計(jì)算，并??果如圖５（ｃ）所示，經(jīng)過２０個循環(huán)后，ＣＯ濃度均低??于０．００１％，表明載氧體循環(huán)特性良好。??１０?２０?３０?４０?５０??Ｔｉｍｅ／ｓ??（ｂ）?ＣＯ脫除效率隨時間變化圖??〇?Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ?ｖａｌｕｅ??Ｃｕ〇?５Ａ２〇?５Ｂ１?ｊ?５Ｂ２〇?５Ｏ４??Ｍｎ、??Ｎ??、??Ｖ??＼??Ｇｅ、、??Ｓｎ＾｝Ｍ§??、??、??＼??、??Ｖ．??．Ｇ滅??０．５?１．０?１．５?２．０?２．５??Ｏｘｙｇｅｎ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ??（ｆ）?Ａ，?Ｂ位摻雜材料氧遷移能壘與還原深度預(yù)測圖??ｇ?３不同摻雜情況尖晶石載氧體的計(jì)算預(yù)測??Ｔｈｅ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｐｉｎｅｌ?ｏｘｙ??ｃａｒｒｉｅｒｓ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｏｐｉｎｇ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??｜?〇?Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ?ｖａｌｕｅ?｜??ＣｕＢ１〇．５Ｂ２１．５０４??０Ｃｏ，．５Ｆｅ〇．５??ＣｕＢ１ｌ５Ｂ２０．５Ｏ４??ｒ?ｆ?Ｇ、??＾Ｏｏ．ｓＦｅｉ．５


本文編號：3410737