一种电沉积回收利用硅业副产物四氯化硅的方法

本发明涉及资源回收和电化学，特别是涉及一种电沉积回收利用硅业副产物四氯化硅的方法。

背景技术：

1、四氯化硅（sicl4）作为一种重要的硅源化学品，广泛应用于太阳能电池、半导体制造等高科技领域。然而，在实际生产过程中，会产生大量的副产物四氯化硅，其处理和回收利用问题一直是业界关注的重点。传统的四氯化硅处理方法包括直接燃烧或化学中和技术，但这些方法存在诸多不足与挑战：

2、1. 直接燃烧法虽然可以快速消除四氯化硅，但在处理过程中会产生大量有害气体，如hcl和sio2粉尘，对环境造成严重污染，且未能实现资源的高效再利用。

3、2. 化学中和技术虽能将四氯化硅转化为其他化合物，但转化过程复杂，成本较高，且可能生成新的难以处理的废弃物。

4、3. 现有的一些溶解吸收技术在低温下的溶解能力有限，导致四氯化硅的回收效率不高，同时，所使用的溶剂往往不能直接用于高附加值产品的制备。

5、因此，亟需开发一种新型的、环保高效的四氯化硅回收利用技术，既能有效解决四氯化硅的环境污染问题，又能将其转化为具有高附加值的产品。

技术实现思路

1、针对现有技术中四氯化硅（sicl4）回收处理方法存在的效率低、环境污染风险高以及资源未能得到充分有效利用的不足，本发明提出了一种基于低共熔溶剂体系吸收并转化四氯化硅为电沉积硅薄膜的方法。本发明采用了低毒、易制备、生物降解性能良好的低共熔溶剂替代传统有机溶剂或其它化学试剂，使得整个工艺流程更加安全、绿色、可持续，有利于降低处理成本和环境负担。本发明方法有效解决了四氯化硅的资源回收问题，并将其转化为高纯度的硅晶材料，在太阳能电池、半导体器件制造等领域具有重要应用价值。

2、本发明主要利用低共熔溶剂对四氯化硅有良好的溶解效果，并可以此作为电沉积的电解液进行利用，在电沉积技术的作用下将溶液中离子态的硅在其工作电极上沉积出晶硅，其反应为一步反应：

3、

4、本发明提供一种电沉积回收利用硅业副产物四氯化硅的方法，其以1,3-二甲基-2-咪唑啉酮和已内酰胺组成低共熔溶剂，将吸收了四氯化硅的低共熔溶剂体系作为电解液，使用三电极体系进行恒电流电沉积反应，工作电压为-5~-8v，电流密度为25-35a/m²，电沉积温度为70-80℃，沉积时间为2-8h。

5、本发明中，1,3-二甲基-2-咪唑啉酮和已内酰胺的质量比为2:1~2.05:1。

6、本发明中，低共熔溶剂配制后，先加热到60℃搅拌10min后放入真空干燥箱干燥，再在105℃的温度下进行真空干燥24h。

7、本发明中，在50~80℃的温度下，利用低共熔溶剂体系吸收四氯化硅，四氯化硅的溶解度高；进一步优选的，吸收温度为70-80℃。该低共熔溶剂体系对四氯化硅的溶解度在在25℃时为4g sicl4/100g溶剂，随着温度升至30℃、40℃、50℃、60℃及80℃时，溶解度分别递增至8g/100g、12g/100g、13g/100g以及稳定在14g/100g。

8、本发明中，采用三电极体系的电化学装置进行电沉积，工作电极为钛电极，对电极为石墨电极，辅助电极为银/饱和氯化银电极。

9、以上，本发明提出了一种基于低共熔溶剂体系吸收四氯化硅并进一步通过电沉积法制备硅薄膜的方法，显著提高了四氯化硅的回收利用率，并实现了绿色可持续发展。相较于现有技术，本发明所取得的有益效果主要有以下几点：

10、1. 构建了一条全新的四氯化硅绿色回收途径，极大地提升了其回收率和再利用率，从根本上降低了其排放带来的环境压力。

11、2. 利用本发明方法制得的电沉积硅薄膜具有出色的纯度、结晶质量和光电性能，可以广泛应用于太阳能电池、半导体器件等行业，赋予了四氯化硅更高的经济价值和社会效益。

12、3. 采用低共熔溶剂替代传统化学试剂，简化了处理步骤，避免了可能产生的有害副产品，且操作简便，成本相对较低，对于实现可持续发展和循环经济具有重要的推动作用。

技术特征：

1.一种电沉积回收利用硅业副产物四氯化硅的方法，其特征在于，其以1,3-二甲基-2-咪唑啉酮和已内酰胺组成低共熔溶剂，将吸收了四氯化硅的低共熔溶剂体系作为电解液，使用三电极体系进行恒电流电沉积反应，工作电压为-5~-8v，电流密度为25-35a/m²，电沉积温度为70-80℃，沉积时间为2-8h。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，1,3-二甲基-2-咪唑啉酮和已内酰胺的质量比为2:1~2.05:1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，低共熔溶剂配制后，先加热到60℃搅拌10min后放入真空干燥箱干燥，再在105℃的温度下进行真空干燥24h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在50~80℃的温度下，利用低共熔溶剂体系吸收四氯化硅。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，工作电极为钛电极，对电极为石墨电极，辅助电极为银/饱和氯化银电极。

技术总结本发明公开了一种电沉积回收利用硅业副产物四氯化硅的方法；本发明利用1,3‑二甲基‑2‑咪唑啉酮和已内酰胺组成的低共熔溶剂体系绿色高效吸收四氯化硅制备电解液，以通过电沉积将硅业副产物四氯化硅转化为高纯度、均匀致密的硅晶，从而实现了从废弃物到高附加值材料的有效转化。本发明采用了低毒、易制备、生物降解性能良好的低共熔溶剂替代传统有机溶剂或其它化学试剂，使得整个工艺流程更加安全、绿色、可持续，有利于降低处理成本和环境负担。技术研发人员：张承龙,黄金圳,杨光,王瑞雪,马恩,张西华受保护的技术使用者：上海第二工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20