背景及概述[1]
鉭的醇鹽主要是甲醇鉭、乙醇鉭、丙醇鉭、丁醇鉭及異丁醇鉭。其中以乙醇鉭的應(yīng)用最為廣泛。鉭的醇鹽可以溶解在大部分的有機(jī)物中，所以它是氧化鉭的理想的前驅(qū)體。鉭和鉭的大部分化合物都比較穩(wěn)定。金屬鉭與乙醇在通常條件下不發(fā)生反應(yīng)。目前乙醇鉭的合成方法主要有兩種，一種是氯化物化合法；另一種是“犧牲”陽極法。
制備[1]
1、氯化物化合法
氯化物化合法生產(chǎn)乙醇鉭是一種比較常用的方法，工藝比較成熟。氯化物對設(shè)備及工藝都有著比較高的要求。主要的原因是因為原材料五氯化鉭及產(chǎn)品乙醇鉭都容易和空氣中的水汽反應(yīng)。五氯化鉭與乙醇反應(yīng)時會放出大量的熱量，原材料中的稀釋劑及乙醇都是易燃易爆的液體，在中試或者生產(chǎn)中必須控制反應(yīng)速度。五氯化鉭與乙醇反應(yīng)會產(chǎn)生高濃度的氯化氫，容易腐蝕設(shè)備。原材料中的稀釋劑采用芳香烴，毒性較高。目前，正在相關(guān)單位正在研究以其它的低毒有機(jī)溶劑代替芳香烴的氯化合成過程。氯化法化合法主要特點是，合成速度快，設(shè)備投入小。由于原材料氯化鉭與乙醇反應(yīng)迅速并生成大量的熱必須采用惰性的稀釋劑控制反應(yīng)速度。惰性稀釋劑主要采用芳香烴，給操作人員健康和安全帶來了一定的風(fēng)險。含有芳香烴的廢料難以處理。這種方法必須有充足五氯化鉭原料和相關(guān)安環(huán)設(shè)備及措施保證。
2. “犧牲”陽極法
電解法也是一種新的生產(chǎn)乙醇鉭的方法。其主要的工藝是以鉭片為電極陽極，以不銹鋼等為陰極。
電解陽極上:Ta－5e=Ta5+
電解陰極上:2ＲOH+2e=Ｒ－+H2↑
電解總反應(yīng):2Ta+10ＲOH=2Ta(OＲ)5+5H2↑
Ｒ代表的烷基，反應(yīng)發(fā)生成無水的醇中。反應(yīng)溶液中添加一些導(dǎo)電質(zhì)。例如:HCl，LiCl，NH4Cl等，也可以添加氯化鉭。
電解后必須經(jīng)過沉淀、過濾、普通蒸餾、減壓蒸餾等過程。
電解法采用高純鉭片，必須控制原材料中的鈮含量。
電解法主要特點是:工藝簡單，過程中有氫氣生成并且放出大量的熱，在實驗及生產(chǎn)過程中必須注意安全。使用的鉭材料比較容易獲取，操作環(huán)境污染少，未使用芳香烴等低毒有機(jī)溶劑。但是由于電解速度較慢，電解設(shè)備投入較氯化法投入大，適合大批量生產(chǎn)。
應(yīng)用[2-3]
乙醇鉭可以用于通過化學(xué)氣相沉積(CVD)來沉積制備氧化鉭或者金屬鉭涂層；乙醇鉭水解然后加熱也可以生成氧化鉭粉末，可以生產(chǎn)高純級氧化鉭。美國使用乙醇鉭為前驅(qū)體，生產(chǎn)出了高比面積的氧化鉭薄膜。這種薄膜表現(xiàn)出良好的光學(xué)活性，在太陽能電池、光催化劑方面都有潛在的應(yīng)用。乙醇鉭可以通過等離子技術(shù)，生成超細(xì)的碳化鉭粉體。乙醇鉭在表面涂層的主要應(yīng)用是制備氮化鉭或者氧化鉭。因為氮化鉭及氧化鉭具有較高的介電性和穩(wěn)定性，其主要應(yīng)用在電子元件的保護(hù)層及介電層。乙醇鉭可以在電路板中生成具有高熔點和微晶粒的結(jié)構(gòu)的氮化鉭。這種氮化層結(jié)構(gòu)在電路板中，可以使銅與硅或二氧化硅接觸后的擴(kuò)散得到抑制。另外，也有研究指出，氮化鉭能夠忍受比其它阻障金屬更高的溫度而不會退化，因此乙醇鉭為前驅(qū)體的鉭和氮化鉭是較優(yōu)越的銅制程阻障層。
應(yīng)用一、CN201310203599.4涉及一種球形五氧化二鉭的制備方法和應(yīng)用，以乙醇鉭為原料，先配置含有一定量的乙醇鉭溶液然后明火點燃，溶液燃燒的過程中產(chǎn)生水和CO2，乙醇鉭與產(chǎn)生的水在界面發(fā)生水解反應(yīng)，隨著燃燒過程的進(jìn)行，不斷在界面產(chǎn)生Ta2O5，最終溶液完全燃燒而消失，形成Ta2O5球狀粉體材料。實驗表明，所制備的納米球形Ta2O5粉末可用于光催化降解有機(jī)污染物，也可應(yīng)用于制備染料敏化太陽能電池光陽極。本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，工藝簡單，無需特殊設(shè)備，無任何廢液產(chǎn)生，能實現(xiàn)生產(chǎn)過程的節(jié)能減排。
應(yīng)用二、CN201710713489.0涉及微弧氧化制備鎂及鎂合金表面含鉭涂層的溶液配方及工藝，公開了溶液配方，其中包括硅酸鈉、磷酸三鈉、氫氧化鈉、乙醇鉭、水，配方中的乙醇鉭可用草酸鉭代替，水為溶劑。還公開了涂層的制備工藝：將試樣用砂紙打磨、冷水清洗、丙酮除油、乙醇超聲清洗，然后配制溶液，再將試樣與微弧氧化設(shè)備的陽極連接、不銹鋼片為陰極，陰極、陽極放入配制好的溶液，冷卻并攪拌溶液，啟動微弧氧化設(shè)備，涂層制備完成關(guān)閉微弧氧化設(shè)備，卸樣、清洗、烘干。所得涂層結(jié)合力好、組織均勻，既能提高鎂及鎂合金的抗腐蝕性能，又能改善其生物相容性。本發(fā)明制備涂層所需設(shè)備簡單，工藝穩(wěn)定可靠、易于實現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
[1]魯東,馬應(yīng)利,鄭培生,聶全新,張偉寧.乙醇鉭的制備方法及其應(yīng)用簡析[J].廣州化工,2016,44(16):186-187+226.
[2]CN201310203599.4一種球形五氧化二鉭的制備方法及應(yīng)用
[3]CN201710713489.0微弧氧化制備鎂及鎂合金表面含鉭涂層的溶液配方及工藝