三种合成氮化硼方法的讨论.doc

三种合成氮化硼方法的讨论摘要：摘要：氮化硼是良好的润滑剂材料，在工业上得到了广泛应用本文分别从反应的反应方向、原料成本以及环境污染与生产安全等三个方面讨论了以、BNNB221、三个化学反应制取氮化硼HClBNNHBCl333OHBNNHOB2332322的优劣经讨论最优方案是利用与反应来制取 BN32OB3NH关键词：关键词：氮化硼合成、三氯化硼、三氧化二硼、单质硼一、氮化硼的基本信息[1] [2]氮化硼，中文名称“氮化硼”英文别名“Boron nitride”，相对分子质量为 24.82，是一种由相同数量的氮原子和硼原子组成的双化合物和碳一样，氮化硼是多形的：其中一形体类似于金刚石而另一个则类似于石墨类似于金刚石的形体是现时所知的几乎最硬的物质，类似于石墨的形体是一种十分实用的润滑剂氮化硼耐腐蚀，电绝缘性很好，比电阻大于 10-6 Ω．cm；压缩强度为 170MPa；在氧化气氛下最高使用温度为 900℃，而在非活性还原气氛下可达 2800℃，但在常温下润滑性能较差，故常与氟化石墨、石墨与二硫化钼混合用作高温润滑剂，将氮化硼粉末分散在油中或水中可以作为拉丝或压制成形的润滑剂，也可用作高温炉滑动零件的润滑剂，氮化硼的烧结体可用作具有自润滑性能的轴承、滑动零件的材料。

二、三种合成方法1.用单质 B 与 N2 反应：)()(21)(2sBNgNsB2.用 Bcl3 和 NH3 反应：)(3)()()(33gHClsBNgNHgBCl3.用与 N反应： 𝐵2𝑂3𝐻3)(3)(2)(2)(2332gOHsBNgNHsOB三、三种合成方法的比较1、反应方向的比较○ 1)()(21)(2sBNgNsB0 0 -254.39 （）mfH1molkJ5.86 191.50 14.81 （）mfS11KmolJ039.2541molkJHmr08 .8611KmolJSmr时， 0 mrmrmrSTHGKSHTmrmr2931分析：此反应在温度低于 2931K 时，即 2658时，可自发进行，且反应放热℃○ 2)(3)()()(33gHClsBNgNHgBCl-403.76 -46.11-254.39 -92.31 （）mfH1molkJ290.10 192.3414.81 186.80 （）mfS11KmolJ045.811molkJHmr077.9211KmolJSmr时， 0 mrmrmrSTHGKSHTmrmr88. 0分析：此反应在温度高于-0.88K 时，即-273.88时，可自发进行，且反应放热。

℃○ 3)(3)(2)(2)(2332gOHsBNgNHsOB-1254.53 -46.11 -254.39 -241.82 ()mfH1molkJ77.8 192.34 14.81 188.72 ()mfS11KmolJ051.1121molkJHmr03 .13311KmolJSmr时，0 mrmrmrSTHGKSHTmrmr884分析：此反应在温度高于 884K 时，即 611时，可自发进行，且反应吸热℃总结：从这个方面来看，第一个反应虽然条件并不算苛刻，但是反应放热，制备时需要注意温度的控制，不能过高；第二个反应条件较为自由，且反应放出热量，基本反应温度需要特别控制；第三个反应条件苛刻，且反应吸热需要持续供给热量，使之持续进行2、原材料价格的比较氮气广泛存在于空气中，可以用分离液态空气的方法提取氮气，购买一台仪器可持○ 1续输出氮气的仪器价格约为 1000 元单体硼在周期表中处于把元素分成金属与非金属分界线色特殊位置上，是非金属性占优势的元素，负电性很强，原子半径小，核电荷集中，非金属性质和硅类似。

其密度 2.35g/cm３硬度 9.3，比重是 2.33-2.45，熔点：2300℃，沸点：2550℃硼具有几种同素异形体，无定型硼又称元素硼、单体硼它是综色粉末或灰色有光泽的晶体，化学性质比较活泼硼在室温下比较稳定，即使在盐酸或氢氟酸中长期煮沸也不起作用热至 300℃被氧化，700℃即着火燃烧时火焰为红色，微量气化的硼火焰显绿色在空气中氧化时由于三氧化二硼膜的形成，而起自身限制作用，当温度在1000℃以上时，氧化层才蒸发硼能和卤族元素直接化合，形成卤化硼硼在600～1000°C 可与硫、锡、磷、砷反应；在 1000～1400°C 与氮、碳、硅作用，高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应，形成金属硼化物这些化合物通常是高硬度、耐熔、高电导率和化学惰性的物质，常具有特殊的性质无定形单质硼市场价约为 2400 元/kg[3]反应时需控制反应的温度，先升温将硼表面的氧化层蒸发，再放入持续通氮气并充满氮气的的高温容器中反应若容器为金属，应注意控制反应温度以免硼与金属反应生成金属氧化物降低产率也可以在金属容器内表面涂一层符合要求的保护层，以防止金属与硼在高温下发生反应若小产量生产，可以考虑使用非金属材料的制取容器。

1kg 硼理论上可以生成 2.3kg 氮化硼（此处只讨论理论值） 而生成 1kg 氮化硼需要消耗 750 元的硼氮气来源于空气，并且可以循环使用三氯化硼能形成多种配位化合物，具有较高的热力学稳定性在大气中,三氯化硼加○ 2热能和玻璃、陶瓷起反应，也能和许多有机物反应形成各种有机硼化合物在潮湿的空气中发烟并在水中强烈水解： HClBOHOHBCl333323由于氯化硼易与水反应，因此不能使用氨水，只能选择干燥的氨气或液氨或者，氨气的生产厂可将生产氮化硼作为一项副业则氨气可以直接通入并循环使用，可以降低成本循环使用时应注意尾气处理将氯化氢气体除尽，并保证通入的氨气为干燥的因为，如氨气过量，会与氯化氢气体发生反应，则实际发生的反应为，所以应该通入过量氨气，可避免氯化氢的除杂，也能使ClNHBNNHBCl43334之充分反应此反应的最佳温度约为 900℃[4]1kg 氯化硼价格约为 100 元1t 液氨的市场价约为 3000 元，即 3 元/kg每生产 1kg氮化硼，需消耗 4.7kg 氯化硼和 2.72kg 氨气，原料成本为 478 元约为 500 元（此处默认氨气来源于液氨，只讨论理论值） 。

同样，为确保三氧化二硼与氨气反应充分，并且生成的氮化硼不被氧气氧化，反应○ 3时氨气应过量多余的氨气仍可以循环使用，反应生成的水蒸气对反应没有太大影响，不需要特别除去因此，参加反应的氨气可以由氨水蒸发获得液氨的价格与含量 28%的氨水相比较差别并不是很显著，于是原料选取哪一个并没有太大影响或者同样，氨气的生产厂可将生产氮化硼作为一项副业则氨气可以直接通入并循环使用，可以降低成本1kg 氧化硼的价格约为 200 元，含量≥28%的氨水 1t 价格约为 700 元（此价格偏低） ，转化成氨气后合 2.5 元/kg由于氨气的循环使用，生产效率提高，成本再一次降低每生产 1kg 氮化硼，需氧化硼 1.4kg，氨气 0.68kg，花费约为 285 元（此处只讨论理论值） 3、环境污染及生产安全方面的比较第一和第三种反应制取 BN 产生的废弃为氮气、氨气和水蒸气此三种物质对空气并无污染因此，这两种反应在可能在环境方面造成影响的，便是在控制反应温度的时候，化石燃料的燃烧所排放的废弃可以认为较为环保第二种反应中，反应物三氯化硼为有毒物质三氯化硼能以吸入、食入和经皮肤吸收的方式侵入人体，首先危害健康吸入、口服或经皮肤吸收对身体有害。

可引起化学灼伤对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道有强烈的腐蚀作用吸入后可因喉、支气管的痉挛、水肿，化学性肺炎、肺水肿而致死中毒表现有烧灼感、咳嗽、喘息、喉炎、气短、头痛、恶心和呕吐对人体有慢性影响：具有神经毒性并且，三氯化硼化学反应活性很高，遇水发生爆炸性分解与铜及其合金有可能生成具有爆炸性的氯乙炔遇潮气时对大多数金属有强腐蚀性，也能腐蚀玻璃等在潮湿空气中可形成白色的腐蚀性浓厚烟雾遇水发生剧烈反应，放出具有刺激性和腐蚀性的氯化氢气体[5]如使用与生产当中，必须注意运输、储藏和使用等过程，反应时反应的环境应保证绝对安全但是三氯化硼毒性太强，使用危险性太高，应考虑采取其他制备 BN 的方法更为安全，环保四、结论从以上三个方面比较这三种合成方法，我认为以第三种，也就是三氧化硼与氨气反应制取最为妥当首先，在反应方向上，三者都可以在适当的条件下进行，且条件并不算苛刻其次，从原料成本方面，其成本依次为生 1kgBN 需花费 700 元、500 元、285 元以此看来，第三种更为经济节约最后，从环境污染以及生产安全方面，第二种用三氯化硼制取的方法污染较大，危险性太高，不应予以使用其他两种方法对环境造成的污染较低、生产较为安全。

综上所述，三个方面第三种，也就是用三氧化二硼与氨气反应制取 BN 的方法较为合适合理参考文献：[1]氮化硼-百度百科 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%AE%E5%8C%96%E7%A1%BC[3]硼-百度百科 顾立德. 新型无机非金属材料—氮化硼陶瓷. 中国建筑工业出版社. 1982年10月固体[5]三氯化硼-百度百科 。