上海师范大学无机合成化学第10章微波与等离子体下的无际合成10.pptVIP

第六章 极端条件下的合成化学（微波与等离子体下的无机合成） 内容梗概 一、微波辐射法在无机合成中的应用 二、微波等离子体化学 一、微波辐射在无际合成中的应用 1、微波加热和加速反应机理 2、沸石分子筛的合成 3、沸石分子筛的离子交换 4、微波辐射法在无机固相反应中的应用 5、在多孔晶体材料上无机盐的高度分散 6、稀土磷酸盐发光材料的微波合成 引子 微波在整个电磁波谱中的位置如图1所示，通常指波长为1m到0.1mm范围内的电磁波，其相应的频率范围是300 MHz~3000 GHz。 1~25cm波长范围用于雷达，其它的波长范围用于无线电通讯，为了不干扰上述这些用途．国际无线电通讯协会(CCIP)规定家用或工业用微波加热设备的微波频率是2450 MHz(波长12.2cm)和915MHz(波长32．8cm)。 家用微波炉使用的频率都是2450 Hz。915MHz的频率主要用于工业加热。 1、微波加热和加速反应机理 实验表明极性分子溶剂吸收微波能而被快速加热，而非极性分子溶剂几乎不吸收微波能，升温很小，如表10—1所示。水、醇类、按酸类等极性溶剂都在微波作用下被迅速加热，有些已达到沸腾． 而非极性溶剂几乎不升温。有些固体物质能强烈吸收微波能而迅速被加热升温，而有些物质几乎不吸收微波能，升温幅度很小，实验结果如表l0—2所示。微波加热大体上可认为是介电加热效应。 在微波介电加热效应中，主要起作用的是偶极极化和界面极化。 描述材料介电性质的两个重要参数是介电性质是ε’和介电损耗ε’ ’ 。 ε’用来描述分子被电场极化的能力，也可以认为是样品阻止微波能通过能力的量度。 ε’ ’是电磁辐射转变为热量的效率的量度。介电损耗ε’ ’和介电常数ε’ 的比值定义为介电损耗正切(也称介电耗散因子)，即 tanδ＝ ε’ ’ ／ ε’ ， 它表示在给定频率和温度下，一种物质把电磁能转变成热能的能力。因此微波加热机制部分地取决于样品的介电耗散因子tanδ大小。当微波能进人样品时，样品的耗散因子决定了样品吸收能量的速率。 可透射微波的材料(如玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯等)或是非极性介质由于微波可完全透过，故材料不吸收微波能而发热很少或不发热．这是由于这些材料的分子较大，在交变微波场中不能旋转所致。金属材料可反射微波，其吸收的微波能为零。吸收微波能的物质，其耗散因子是一个确定值。因为微波能通过样品时很快被样品吸收和耗散，样品的耗散因子越大，给定频率的微波能穿透越小。穿透深度定义为从样品表面到内部功率衰减到一半的截面的距离，这个参数在设计微波实验时是很重要的。超过此深度，透人的微波能量就很小，此时的加热主要靠热传导。 10.1.2 沸石分子的合成 具有特定孔道结构的微孔材料，由于它们结构与性能上的特点，己被广泛地应用在催化、吸附及离子交换等领域。一般的合成方法是水热晶化法。此法耗能多，条件要求苛刻，周期相对比较长，釜垢浪费严重，而微波辐射晶化法是1988年才发展起来的新的合成技术。此法具有条件温和、能耗低、反应速率快、粒度均一且小的特点。 1.NaA 沸石的合成 A(Al)型沸石是目前应用很广泛的吸附剂，用于脱水、脱氨等，而且可代替洗衣粉中的三聚磷钠得到无磷洗衣物而解决环境污染问题。基于微波辐射晶化法其独特的优点，微波辐射法合成NaA沸石的结果总结如下： 2.NaX沸石的微波合成 NaX(卤素）是低硅铝比的八面沸石，一般在低温水热条件下合成。因反应混合物配比不同，以及采用的反应温度不同．晶化时间为数小时至数十小时不等。 用微波辐射法合成出NaX沸石，是以工业水玻璃作硅源，以铝酸钠作铝源，以氢氧化钠调节反应混合物的碱度，具体配比(物质的量的比)为 用同样配比的反应混合物，采用传统的电烘箱加热方法，在100℃下晶化17h。比较反应的时间，可清楚地看出微波辐射方法的优越性。不仅节省了时间，更重要的是大幅度地降低了能耗。 总之，用微波辐射法合成沸石分子筛具有许多优点，如粒度小且均匀，合成的反应混合物配比范围宽，重现性好．时间很短等，预计这种新的合成方法能在快速、节能和连续生产分子筛、超微粒分子筛