Development of a Gas Analysis Method for Silane Gas

Abstract

Målet med dette prosjektet har vært å utvikle en metode for væskeanalyse av gassproduktene produsert gjennom den kjemiske reaksjonen mellom Mg2Si og HCl. Et originalt reaksjonsoppsett som utnytter reaktiviteten mellom silangass og KOH i løsning har blitt utviklet for kvantitative og kvalitative målinger. Silangass har blitt produsert lokalt og tatt opp gjennom bruk av en gassbobbler fylt med en KOH-løsning, og reaksjonsproduktene har blitt analysert gjennom bruk av ICP-MS, XRD og SEM.

Ulike reaksjonsparametere slik som mengde Mg2Si, HCl-konsentrasjon, KOH-konsentrasjon og størrelse på gassbobler har blitt variert for å undersøke effekten på produksjon av silangass og opptaksevnen til KOH-løsningen. Analysemetoden var implementert og funnet i stand til å kvantifisere mengden silangass produsert. Reaksjonen mellom Mg2Si og HCl produserte silangass i tillegg til betydelige mengder presipitat som ble funnet til å bestå av Si og amorf silika. Fra silangassene produsert ble det maksimale utbyttet funnet til å være 21% silisium som silan basert på den opprinnelige mengden i Mg2Si.

Den utviklede metoden er funnet i stand til å være et godt verktøy for å kvantifisere silangass alternativt til avanserte gassanalyseinstrumenter. KOH-løsningen reagerte med silangass mere effektivt med økt styrke på KOH-løsningen. Ved å øke overflatearealet av gassboblene med en porøs bobbler ble det oppdaget en videre økelse i fangstgrad.

The aim of this project has been to develop a method for liquid analysis of the gas products formed through the chemical reaction between Mg2Si and HCl. An original reaction setup utilizing the reactivity between silane gas and aqueous KOH has been developed and used for quantitative and qualitative measurements. Silane gas has been produced locally and captured by the use of a gas bubbler filled with KOH, and the reaction products have been analysed by the use of ICP-MS, XRD and SEM.

Different reaction parameters such as amount of Mg2Si, HCl concentration, KOH concentration and size of gas bubbles have been varied to investigate the effect on silane gas production and capture ability of the KOH solution. The method of analysis was implemented and found to be able to quantify the amount of silane gas produced. The reaction between Mg2Si and HCl was found to produce silane gases as well as a significant amount of solid product found to be a mix of Si and amorphous silica. From the silane gases produced a maximum yield of 21% silicon as silane was achieved from the original amount in Mg2Si.

The developed method was found to be a viable option in quantifying the amount of silane gas as an alternative to advanced gas analysis equipment. The KOH solution was found to capture silane gas more effectively by in- creased strength of KOH. By increasing the surface area of the gas bubbles with a porous bubbler a further increase in silicon capture was observed.