水熱溶劑熱全解復(fù)習(xí)過(guò)程.ppt

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1、水熱溶劑熱全解1.1水熱溶劑熱合成方法的發(fā)展最早采用水熱法制備材料的是1845年K.F.Eschafhautl以硅酸為原料在水熱條件下制備石英晶體；一些地質(zhì)學(xué)家采用水熱法制備得到了許多礦物，到1900年已制備出約80種礦物，如石英，長(zhǎng)石，硅灰石等；1900年以后，G.W.Morey和他的同事在華盛頓地球物理實(shí)驗(yàn)室開始進(jìn)行相平衡研究，建立了水熱合成理論，并研究了眾多礦物系統(tǒng)；1985年，Bindy首次在“Nature”雜志上發(fā)表文章報(bào)道了高壓釜中利用非水溶劑合成沸石的方法，拉開了溶劑熱合成的序幕?，F(xiàn)為無(wú)機(jī)功能材料、特種組成與結(jié)構(gòu)的無(wú)

2、機(jī)化合物和特種凝聚態(tài)材料，如超微粒、無(wú)機(jī)膜、單晶等的重要合成途徑。第二節(jié)水熱與溶劑熱合成基礎(chǔ)2.1水熱法水熱法（HydrothermalSynthesis）是在特制的密閉反應(yīng)容器里（高壓釜），采用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，通過(guò)對(duì)反應(yīng)容器加熱，創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)高溫（100-1000℃）、高壓（1-100MPa）的反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解并重結(jié)晶，從而進(jìn)行無(wú)機(jī)合成與材料處理的一種有效方法。2.2水熱法的分類按反應(yīng)和研究目的的不同，可分為水熱晶體生長(zhǎng)（用來(lái)生長(zhǎng)各種單晶）、水熱反應(yīng)（用來(lái)制備各種功能陶瓷粉體）、水熱處理反應(yīng)（完成某些有

3、機(jī)反應(yīng)或?qū)σ恍┪：θ祟惿姝h(huán)境的有機(jī)廢棄物進(jìn)行處理）、水熱燒結(jié)反應(yīng)（在相對(duì)較低的溫度下完成對(duì)某些陶瓷材料的燒結(jié)）等。按反應(yīng)設(shè)備分類釜式間歇水熱反應(yīng)：以反應(yīng)釜作為反應(yīng)容器，間歇性投料和獲取產(chǎn)品，非穩(wěn)態(tài)。管式連續(xù)水熱反應(yīng)：以金屬列管作為反應(yīng)容器，儀器控制連續(xù)投料并獲取產(chǎn)品。按反應(yīng)溫度分類中溫中壓：100-240℃，1-20MPa高溫高壓：大于240℃，大于20MPa2.3水熱反應(yīng)工藝高壓釜是進(jìn)行高溫高壓水熱與溶劑熱合成的基本設(shè)備，研究的內(nèi)容和水平在很大程度上都取決于反應(yīng)釜的性能和效果。在高壓容器的材料選擇上，要求機(jī)械強(qiáng)度大、耐高溫、耐

4、腐蝕和易加工，高壓容器一般用特種不銹鋼制成,釜內(nèi)襯有化學(xué)惰性材料，如Pt、Au等貴金屬和聚四氟乙烯等耐酸堿材料。高壓反應(yīng)釜高壓反應(yīng)釜的分類（1）按密封方式分類：自緊式高壓釜，外緊式高壓釜；（2）按密封的機(jī)械結(jié)構(gòu)分類：法蘭盤式，內(nèi)螺塞式，大螺帽式，杠桿壓機(jī)式；（3）按壓強(qiáng)產(chǎn)生方式分類：內(nèi)壓釜（靠釜內(nèi)介質(zhì)加溫形成壓強(qiáng)，根據(jù)介質(zhì)填充度可計(jì)算其壓強(qiáng)），外壓釜（壓強(qiáng)由釜外加入并控制）；（4）按加熱方式分類：外熱高壓釜（在釜體外部加熱），內(nèi)熱高壓釜（在釜體內(nèi)部安裝加熱電爐）；（5）按實(shí)驗(yàn)體系分類：高壓釜（用于封閉體系的實(shí)驗(yàn)），流動(dòng)反應(yīng)器和擴(kuò)散

5、反應(yīng)器（用于開放系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，能在高溫高壓下使溶液緩慢地連續(xù)通過(guò)反應(yīng)器，可隨時(shí)提取反應(yīng)液）。簡(jiǎn)易高壓反應(yīng)釜實(shí)物圖帶攪拌高壓反應(yīng)釜裝置圖工藝流程混合攪拌取釜干燥釜式工藝流程管式確定反應(yīng)條件反應(yīng)物料選擇確定物料配方優(yōu)化配料序混料攪拌連續(xù)泵入反應(yīng)管產(chǎn)物分離干燥表征水熱法局限性該法往往只適用于氧化物功能材料或少數(shù)一些對(duì)水不敏感的硫族化物的制備與處理，而對(duì)其他一些對(duì)水敏感（與水反應(yīng)、水解、分解或不穩(wěn)定）的化合物如磷（砷）酸鹽分子篩三維骨架結(jié)構(gòu)材料的制備與處理就不太適用。2.4溶劑熱法溶劑熱法（SolvothermalSynthesis），將水

6、熱法中的水換成有機(jī)溶劑或非水溶媒（例如：有機(jī)胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用類似于水熱法的原理，以制備在水溶液中無(wú)法長(zhǎng)成，易氧化、易水解或?qū)λ舾械牟牧?。如III-V族半導(dǎo)體化合物、氮化物、硫族化合物、新型磷（砷）酸鹽分子篩三維骨架結(jié)構(gòu)等。2.6水熱溶劑熱法的特點(diǎn)1）水熱和溶劑熱條件下物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)性與通常的條件相比有較大的改變，反應(yīng)物反應(yīng)性能改變、活性提高，溶劑熱條件下的化學(xué)反應(yīng)與常態(tài)大不相同，其產(chǎn)物有獨(dú)特性。水熱和溶劑熱條件下的反應(yīng)在通常條件下難于發(fā)生。2）水熱和溶劑熱條件下易于生成中間態(tài)、介穩(wěn)態(tài)及特殊相，能夠合成

7、和開發(fā)出具有特種介穩(wěn)結(jié)構(gòu)、特種凝聚態(tài)的新產(chǎn)物。3）能夠使低熔點(diǎn)化合物、高蒸汽壓且不能在熔體中生成的物質(zhì)、高溫分解相在水熱和溶劑熱低溫條件下晶化生成。4）水熱和溶劑熱的相對(duì)低溫、等壓、溶液條件，有利于生長(zhǎng)極少缺陷、取向好、完美的晶體，產(chǎn)物結(jié)晶度高，而且易于控制產(chǎn)物晶體的粒度。5）水熱和溶劑熱條件下的環(huán)境氣氛易于調(diào)節(jié)(隔絕空氣)，因此易于制得低價(jià)態(tài)、中間價(jià)態(tài)和特殊價(jià)態(tài)的化合物，還能夠進(jìn)行均勻地?fù)诫s。第三節(jié)水熱與溶劑熱條件下介質(zhì)的性質(zhì)在水熱或溶劑熱條件下，物質(zhì)的化學(xué)行為與該條件下的反應(yīng)介質(zhì)—水或非水溶劑的物理化學(xué)性質(zhì)（如蒸汽壓、熱擴(kuò)散系

8、數(shù)、粘度、介電常數(shù)、表面張力等）有密切關(guān)系。3.1水的性質(zhì)在高溫高壓的水熱體系中，水的性質(zhì)發(fā)生下列變化：1）蒸汽壓變高2）密度變小3）表面張力變小4）粘度變小5）離子積變高6）介電常數(shù)隨溫度升高而下降，隨壓力增加而升高。3.1.1離子積升高水作為水