六氟乙烷的制备与提纯技术研究进展

概述

六氟乙烷(C2F6)，全称1,1,1,2,2,2-六氟乙烷，也被称为全氟乙烷、R116，英文名称为1,1,1,2,2,2-Hexafluoroethane, CAS号为76-16-4。六氟乙烷的化学性质稳定，被广泛用作半导体制造过程中的蚀刻剂和器件表面清洗剂，此外还可作为制冷剂。近年来，随着半导体行业的快速发展，对电路精度要求越来越高，一些传统的含氟电子气体已经无法满足需求，而六氟乙烷具有蚀刻率高、精确度高及边缘侧向侵蚀现象极微的优点，可较好地满足线宽较小的半导体制程要求。为满足半导体行业发展的需求，高纯六氟乙烷的制备与提纯显得尤为重要。

理化性质

六氟乙烷在常温下为无嗅无味、不可燃的惰性气体，易溶于四氟化碳、苯、甲苯、乙醇和脂类等，不溶于正二醇、酚和甘油等，微溶于水，临界温度为19.7℃，常温下为压缩气体。六氟乙烷与可燃气体混合燃烧时，可产生有毒的氟化物气体，高温条件下，六氟乙烷容器内压力增大，容器存在开裂和爆炸的风险。

制备方法

目前，工业上常用的六氟乙烷制备方法主要有直接氟化法、金属氟化物氟化法、氟化氢氟化法。

1、氟化氢氟化法

氟化氢氟化法是指在催化剂存在的条件下用氟化氢氟化四氟二氯乙烷或五氟一氯乙烷等得到六氟乙烷的方法。山东华安新材料有限公司明文勇等人公开了一种以五氟乙烷制备过程中生成的副产物为原料制备六氟乙烷的方法。该方法采用含50%-80%五氟一氯乙烷和20%-50%五氟乙烷的混合气及氯气为原料，通过光化法反应生成五氟一氣乙烷，生成的五氟一氯乙烷与氟化氢在液相催化剂氟化锑的作用下制备得到六氟乙烷，最终六氟乙烷产品纯度为63.72%。

2、金属氟化物氟化法

如乙炔、乙烯和乙烷与金属氟化物(CoF3，MnF3，AgF2)进行反应。蔚山化学株式会社罗斗灿等人公开了一种通过氟乙烷制备高纯度六氟乙烷的方法。先使二氟化钴与氟气反应生成三氟化钻，三氟化钴再与氟乙烷反应生成六氟乙烷，反应温度为300-350℃，制备的六氟乙烷纯度>99.9%。

3、直接氟化法

如活性炭、乙炔、乙烷和五氟乙烷等气体直接与氟气反应。天津市泰亨气体有限公司李中元公开了一种活性炭直接氟化法制备六氟乙烷的方法。将氟气通入装有活性炭的反应炉中，最终可获得含80%CF4、10%-15%C2F6、4%~6%C3F8的粗品，将粗品进行精馏、吸附提纯得到纯度为99.7%的六氟乙烷。

纯化方法

1、精馏

精馏法是指利用混合物中不同组分间沸点的差异进行分离的方法，也是六氟乙烷生产过程中常用的提纯方法，其工业应用已相当成熟。纳幕尔杜邦公司公开了一种共沸精馏提纯六氟乙烷的方法。该方法中大量HCI对设备的腐蚀较大，产品中残留的HCI也会进一步地腐蚀钢瓶，增加了生产成本和安全隐患。

2、吸附

吸附法是指采用吸附剂对混合气杂质进行吸附脱除的方法，是工业上一种常用的绿色环保的提纯手段，中化蓝天集团有限公司李盛姬等人公开了一种依靠吸附去除粗六氟乙烷中一氯三氟甲烷、三氟甲烷、二氟甲烷、五氟氯乙烷和五氟乙烷等杂质的方法。此方法具有吸附处理量大、吸附速率快、无毒无二次污染、适合大规模工业化生产的优点。

3、吸附+精馏

通常六氟乙烷粗品中含有一些与其沸点相近的杂质，单纯依靠精馏法无法达到电子级别的要求，而吸附可针对性去除某种杂质，因此需采用吸附+精馏的方法对六氟乙烷进行提纯。

参考文献

[1]刘圆梦,何红振,张金彪,等. 六氟乙烷的制备与提纯技术研究进展[J]. 低温与特气,2023,41(2):7-10,32. DOI:10.3969/j.issn.1007-7804.2023.02.002.