第三章无机合成反应的绿色化技术.ppt
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绿色无机合成PPT资料(正式版)
化学气相沉积法的原理
• CVD的化学反应主要有两种：一种是通过各种初始气体之间的反应 来产生沉积；另一种是通过气相的一个组分与基体表面之间的反应 来沉积。
• 最典型的是浓度边界层模型（见图1），它比较简单地说明了CVD 工艺中的主要现象———成核和生长的过程。
图1 浓度边界层模型示意图 ａ．反应气体被强制导入系统；ｂ．反应气体由扩散和整体流动穿过边 界层；ｃ．气体在基体表面的吸附；ｄ．吸附物之间或者吸附物与气态 物质之间的化学反应；ｅ．吸附物从基体解吸；ｆ．生成气体从边界层 到气流主体的扩散和流动；ｇ ．气体从系统中强制排出
Cａ:原．子 反层应• 次气的体这沉被种积强方制p法导型符入合系Z“统n原；O子纳经济米性”线原可理 以作为基体来制造居里温度高于室温的一维稀磁 性半导体（DMS)纳米结构。
图2 蓝宝石衬底生长的p型ZnO纳米线阵列
CVD法合成p型掺杂ZnO纳米线实例二
Prog Mater, ,18(7):1020-1030
绿色无机合成
绿色合成及CVD
• 绿色化学的理想在于不再使用有毒有 害物质，不再产生废物，不再处理废 物，是一门从源头上阻止污染的化学
• 化学气相沉积法（CVD）是将含有组 成材料的一种或几种化合物气体导入 反应室，通过化学反应形成所需要的 材料的方法。
绿色化学12条原则
• 原子经济性：合成方法应具有“原子经济性”， 即尽量使参加反应的原子都进入最终产物。
• 绿色化学合成：在合成中尽量不使用和不产生对 人类健康和环境有毒、有害的物质。
• 设计安全化学品：设计具有高使用功效和低环境 毒性的化学品。
• 采用安全的溶剂和助剂：尽量不使用溶剂等辅助 物质，必生产过程应该在温和的温 度和压力下进行，而且能耗应最低。
无机化工过程中的绿色化学与工艺
了。
工原料 。 这些有毒有害的物质使用会导致许多副产品的产生， 严重污染了环 境 。为 了人类健康和环境保护， 化学工程师必须行动起来， 尽量使用 无毒无
害的原料代替有毒原料 ， 最大限度 的保证人类的健康和环境。 目 前化工厂使用 了大量的酸、 碱及有机合成化合物等化工原料， 而这些 物质存在着共 同的缺点， 就是腐蚀性和 毒害性， 对设备存在着严重 的腐蚀 、 对工作人员的健康危害十分严重、产生的废物也会污染环境。为了保护环
０前 言
化工产 品在人类文明发展 的长河中发挥着十分重要的作用，它为人类
的生产和生活提供了许多重要 的产品 但是， 随着 人类使用化工产品程度不 断的加深 ， 化学物质造成的各种污染也不断危 害着我们的生活， 威 胁着人类 的身体健康 。 人类正在逐渐认识到环境 的重要性， 对化学物质使用的管控措 施也越来越严格。 而如何开发对 人类健康和环境危害小的化工生产过程， 甚 至是无公害的化工生产过程 已经成 为化 学家和化工生产面临 的最大挑 战。 我们通常将无机化工过程称 为绿色化学 绿色化学就是用化学的方法和技 术去消除和减少化学危害， 主要是对危害人类健康 、 对环境有害的物质进 行 处理 ， 包括有害原料、 催化剂 、 溶剂 以及化工产物等 。 绿色化学要达到的 目标 就是不再使用有毒有害 的化学过程， 以及 不产生有毒有害的副产品， 是一项 从源 头上遏制化学污染的新 型学科。 在 绿色化学基础上发展起来 的技术是绿色技 术、主要就是利用科技的 进步 ， 对 原来生产过程存在毒 害作用 的生产进行技 术改造 ， 使其耗 能最 少、 污染程度最少 的先进 技术 。利用 化学的方法 从根本上减 少环境污染 的产 生，是消除污 染的根本方法 ，是一种可持续发展的生态模式 通 过技术 改 造， 实现或者接近 零污染排放 的目的。此外， 绿色化学要求具备一定的转化 效率 ， 实现在技术上和经济上 的共赢。 １ ． 绿 色化学的发展进程 到目 前为止， 化学工程 已经有 了上百年的历史 ， 但是大部分工 艺的技术 改造都不能完全解决环保问题 。 由于当时技术和条件 的原因， 对许多环境问 题的设计没有充足的考 虑。化工生产过程会产生大量的废气、 废 物等物质， 进而 也使后 期的环保处理 费用成本大幅度增加 。例如 ， 某年美 国的Ｄ ｕ ｐ ｏ ｎ ｔ 公司 的化学品销售额仅仅１ ８ ０ 亿美元， 而环保 费用却高达１ Ｏ 亿美元 。环保经 济和社会需求的状态来看，传统的化学工艺已经不再适合现代的社会需求
工原料 。 这些有毒有害的物质使用会导致许多副产品的产生， 严重污染了环 境 。为 了人类健康和环境保护， 化学工程师必须行动起来， 尽量使用 无毒无
害的原料代替有毒原料 ， 最大限度 的保证人类的健康和环境。 目 前化工厂使用 了大量的酸、 碱及有机合成化合物等化工原料， 而这些 物质存在着共 同的缺点， 就是腐蚀性和 毒害性， 对设备存在着严重 的腐蚀 、 对工作人员的健康危害十分严重、产生的废物也会污染环境。为了保护环
０前 言
化工产 品在人类文明发展 的长河中发挥着十分重要的作用，它为人类
的生产和生活提供了许多重要 的产品 但是， 随着 人类使用化工产品程度不 断的加深 ， 化学物质造成的各种污染也不断危 害着我们的生活， 威 胁着人类 的身体健康 。 人类正在逐渐认识到环境 的重要性， 对化学物质使用的管控措 施也越来越严格。 而如何开发对 人类健康和环境危害小的化工生产过程， 甚 至是无公害的化工生产过程 已经成 为化 学家和化工生产面临 的最大挑 战。 我们通常将无机化工过程称 为绿色化学 绿色化学就是用化学的方法和技 术去消除和减少化学危害， 主要是对危害人类健康 、 对环境有害的物质进 行 处理 ， 包括有害原料、 催化剂 、 溶剂 以及化工产物等 。 绿色化学要达到的 目标 就是不再使用有毒有害 的化学过程， 以及 不产生有毒有害的副产品， 是一项 从源 头上遏制化学污染的新 型学科。 在 绿色化学基础上发展起来 的技术是绿色技 术、主要就是利用科技的 进步 ， 对 原来生产过程存在毒 害作用 的生产进行技 术改造 ， 使其耗 能最 少、 污染程度最少 的先进 技术 。利用 化学的方法 从根本上减 少环境污染 的产 生，是消除污 染的根本方法 ，是一种可持续发展的生态模式 通 过技术 改 造， 实现或者接近 零污染排放 的目的。此外， 绿色化学要求具备一定的转化 效率 ， 实现在技术上和经济上 的共赢。 １ ． 绿 色化学的发展进程 到目 前为止， 化学工程 已经有 了上百年的历史 ， 但是大部分工 艺的技术 改造都不能完全解决环保问题 。 由于当时技术和条件 的原因， 对许多环境问 题的设计没有充足的考 虑。化工生产过程会产生大量的废气、 废 物等物质， 进而 也使后 期的环保处理 费用成本大幅度增加 。例如 ， 某年美 国的Ｄ ｕ ｐ ｏ ｎ ｔ 公司 的化学品销售额仅仅１ ８ ０ 亿美元， 而环保 费用却高达１ Ｏ 亿美元 。环保经 济和社会需求的状态来看，传统的化学工艺已经不再适合现代的社会需求
绿色化学工艺绿色无机化学工艺1
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
几种无机产品的绿色化学工艺 先驱物法绿色化学工艺 水热法绿色化学工艺 溶胶-凝胶法绿色化学工艺 低热固相反应
1
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
无机化工产品的原料主要来源于矿产资源， 而各种矿产品的有用元素含量又很低，通常要 采取煅烧、焙烧、烧结及熔融等处理在经过转 化，方可获得相应的无机化工产品。
传统无机化工产品生产工艺比较落后，原
材料能源等消耗较大，生产劳动条件差，对环
境污染严重，这些已经成为制约无机化学工业
可持续发展的关键因素之一。因此必须改革传
统生产工艺，解决生产过程排放的废弃物，并
设法将之变成有用的化学产品，已达到资源和
能源的充分利用、产品对环境有好、生产工艺
2
清洁的目的。
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
2
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
氯碱生产废水处理
将各个段废水集中送入配水槽经沉降除砂，经 油水分离除油污后进入调节池，并在调节池内进行 酸碱中和反应。
3
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
盐泥综合利用
对盐泥的综合利用主要是回收氧化镁制 成轻质氧化镁，以作为油漆、橡胶、造纸工 业填充剂，或做镁砖、坩埚等优质耐火材料 之用。
过去工艺缺点：转化率低、成本及能耗高、 产量低、环境污染严重等
6
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
碳化硅晶须连续生产绿色化学工艺
绿色化学工艺的原则对碳化硅生产进行重新设 计，用工业硅酸钠和盐酸，采用独特的操作工艺， 制得活性高、粒度细、SiO2-C混合均匀、疏松性好 的SiC晶须原料。改连续化绿色生产新工艺的特点在 于生成硅胶沉淀物过滤、洗涤性能优良，易通过洗 涤除去杂质；能耗和成本低，环境保护好；在原料 制备、连续进出料、合成气氛、催化剂及生长空间 等方面具有绿色特性。气体和固体物料在反应器内 逆流接触，气体封闭循环使用，实现了有毒气体零 排放，保证了生产过程绿色化。
几种无机产品的绿色化学工艺 先驱物法绿色化学工艺 水热法绿色化学工艺 溶胶-凝胶法绿色化学工艺 低热固相反应
1
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
无机化工产品的原料主要来源于矿产资源， 而各种矿产品的有用元素含量又很低，通常要 采取煅烧、焙烧、烧结及熔融等处理在经过转 化，方可获得相应的无机化工产品。
传统无机化工产品生产工艺比较落后，原
材料能源等消耗较大，生产劳动条件差，对环
境污染严重，这些已经成为制约无机化学工业
可持续发展的关键因素之一。因此必须改革传
统生产工艺，解决生产过程排放的废弃物，并
设法将之变成有用的化学产品，已达到资源和
能源的充分利用、产品对环境有好、生产工艺
2
清洁的目的。
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
2
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
氯碱生产废水处理
将各个段废水集中送入配水槽经沉降除砂，经 油水分离除油污后进入调节池，并在调节池内进行 酸碱中和反应。
3
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
盐泥综合利用
对盐泥的综合利用主要是回收氧化镁制 成轻质氧化镁，以作为油漆、橡胶、造纸工 业填充剂，或做镁砖、坩埚等优质耐火材料 之用。
过去工艺缺点：转化率低、成本及能耗高、 产量低、环境污染严重等
6
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
碳化硅晶须连续生产绿色化学工艺
绿色化学工艺的原则对碳化硅生产进行重新设 计，用工业硅酸钠和盐酸，采用独特的操作工艺， 制得活性高、粒度细、SiO2-C混合均匀、疏松性好 的SiC晶须原料。改连续化绿色生产新工艺的特点在 于生成硅胶沉淀物过滤、洗涤性能优良，易通过洗 涤除去杂质；能耗和成本低，环境保护好；在原料 制备、连续进出料、合成气氛、催化剂及生长空间 等方面具有绿色特性。气体和固体物料在反应器内 逆流接触，气体封闭循环使用，实现了有毒气体零 排放，保证了生产过程绿色化。
第三章 无机合成反应的绿色化技术
料的收缩或破裂。
溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子 是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm之间。
凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物 质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体， 凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。
溶胶 无固定形状
固相粒子自由运动
模板法是选用一种价廉易得、形状容易控制、具有纳 米孔道的基质材料中的空隙作为模板，导入原料于模 板孔隙中反应，通过模板材料的限制作用，达到物理 和化学反应的控制，最终得到微观和宏观结构可控的 新颖材料的方法。
模板：多孔玻璃、分子筛、大孔离子交换树脂、高分 子化合物、表面活性剂等。
可以合成粒状、管状、线状和层状结构的材料
凝胶 固定形状 固相粒子按一定网架结构固定不能自 由移动
* 特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表面积 *
溶胶－凝胶法：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体， 在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应， 在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚 合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流 动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子 乃至纳米亚结构的材料。
3.2 溶胶-凝胶法
3.2.1 概述
定义：将烷氧金属或金属盐在一定条件下水解缩合成 溶胶，再经溶剂挥发或加热处理转化成网状结构的凝 胶的过程。
用途：玻璃、陶瓷及相关复合材料（如膜等） 特点：通过混合易得均相多组分系统；条件温和；其
流变性有利于操作。 问题：原料贵，且有害；时间长；大量微孔易造成材
溶液中同嵌入剂直接反应 采用阴极还原的电化学嵌入 三元化合物AxMCh2的溶剂化反应 阳离子和溶剂的交换反应
溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子 是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm之间。
凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物 质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体， 凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。
溶胶 无固定形状
固相粒子自由运动
模板法是选用一种价廉易得、形状容易控制、具有纳 米孔道的基质材料中的空隙作为模板，导入原料于模 板孔隙中反应，通过模板材料的限制作用，达到物理 和化学反应的控制，最终得到微观和宏观结构可控的 新颖材料的方法。
模板：多孔玻璃、分子筛、大孔离子交换树脂、高分 子化合物、表面活性剂等。
可以合成粒状、管状、线状和层状结构的材料
凝胶 固定形状 固相粒子按一定网架结构固定不能自 由移动
* 特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表面积 *
溶胶－凝胶法：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体， 在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应， 在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚 合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流 动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子 乃至纳米亚结构的材料。
3.2 溶胶-凝胶法
3.2.1 概述
定义：将烷氧金属或金属盐在一定条件下水解缩合成 溶胶，再经溶剂挥发或加热处理转化成网状结构的凝 胶的过程。
用途：玻璃、陶瓷及相关复合材料（如膜等） 特点：通过混合易得均相多组分系统；条件温和；其
流变性有利于操作。 问题：原料贵，且有害；时间长；大量微孔易造成材
溶液中同嵌入剂直接反应 采用阴极还原的电化学嵌入 三元化合物AxMCh2的溶剂化反应 阳离子和溶剂的交换反应
《绿色化学化工技术》课件
• 总结词：绿色化学化工技术的应用领域非常广泛，包括制药、农业、能源、环保等。通过采用绿色化学化工技 术，可以开发出更加安全、环保的化学品和生产工艺，为人类健康和环境保护作出贡献。
• 详细描述：在制药领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、安全的合成方法和药物制剂，降低药物生产和应用对环境的影响。在农业领域，采用绿色化学化工技术可以开发 出更加环保、安全的农药和化肥，减少对土壤和水资源的污染。在能源领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、环保的燃料和能源生产工艺，降低对化石燃料的依赖和环境 污染。在环保领域，采用绿色化学化工技术可以处理各种污染物，如废水、废气、固体废物等，降低对环境的负面影响。
案例二
原子经济性反应在绿色合 成中的应用
案例三
绿色合成中的环境友好介 质
案例一
生物催化在绿色合成中的 应用
案例四
绿色合成中的高效合成策 略
绿色分离实践案例
案例一
膜分离技术在绿色分离中的应用
案例二
超临界流体萃取在绿色分离中的 应用
案例三
绿色分离中的新型吸附剂
案例四
绿色分离中的节能减排技术
绿色过程实践案例
总结词
绿色过程技术是指采用高效、低能耗、环境友好的过程控制方法，实现化工生产的优化和节能减排。
详细描述
绿色过程技术包括反应动力学模型、过程强化、能量回收等。这些技术能够提高反应效率，降低能耗 和资源消耗，减少废物产生，是实现化工生产节能减排和可持续发展的重要手段。
04
绿色化学化工技术实践案例
绿色合成实践案例
详细描述
20世纪90年代初，绿色化学的概念被提出，强调在化学品的设计、开发和生产中考虑环境影响。随后，绿色化学 化工技术在多个领域得到应用，如制药、农业、能源等。进入21世纪，随着环保意识的提高和技术的发展，绿色 化学化工技术的研究和应用越来越广泛，成为化学和化工领域的重要发展方向。
• 详细描述：在制药领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、安全的合成方法和药物制剂，降低药物生产和应用对环境的影响。在农业领域，采用绿色化学化工技术可以开发 出更加环保、安全的农药和化肥，减少对土壤和水资源的污染。在能源领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、环保的燃料和能源生产工艺，降低对化石燃料的依赖和环境 污染。在环保领域，采用绿色化学化工技术可以处理各种污染物，如废水、废气、固体废物等，降低对环境的负面影响。
案例二
原子经济性反应在绿色合 成中的应用
案例三
绿色合成中的环境友好介 质
案例一
生物催化在绿色合成中的 应用
案例四
绿色合成中的高效合成策 略
绿色分离实践案例
案例一
膜分离技术在绿色分离中的应用
案例二
超临界流体萃取在绿色分离中的 应用
案例三
绿色分离中的新型吸附剂
案例四
绿色分离中的节能减排技术
绿色过程实践案例
总结词
绿色过程技术是指采用高效、低能耗、环境友好的过程控制方法，实现化工生产的优化和节能减排。
详细描述
绿色过程技术包括反应动力学模型、过程强化、能量回收等。这些技术能够提高反应效率，降低能耗 和资源消耗，减少废物产生，是实现化工生产节能减排和可持续发展的重要手段。
04
绿色化学化工技术实践案例
绿色合成实践案例
详细描述
20世纪90年代初，绿色化学的概念被提出，强调在化学品的设计、开发和生产中考虑环境影响。随后，绿色化学 化工技术在多个领域得到应用，如制药、农业、能源等。进入21世纪，随着环保意识的提高和技术的发展，绿色 化学化工技术的研究和应用越来越广泛，成为化学和化工领域的重要发展方向。
专题讲座绿色有机合成PPT课件
3 使用非有机溶剂体系
3.1 液态以及超临界 CO2 3.2 离子液体 3.3 Fluorous Phase Chemistry 3.4 水
3.1 液态 CO2 作为绿色萃取溶剂
McKenzie, L. C.; et al. Green Chem. 2004, 6, 355.
超临界 CO2
超临界的含义?
scCO2商业应用
• 天然产物提取 • 合成高分子 • 干洗
利用超临界co2脱除
茶、咖啡、可可含有的咖啡因
由于健康或其他理由可以选择不含 咖啡因的咖啡
Decaffeinated
• 超临界二氧化碳来代替从 咖啡豆中提取咖啡因二氯 甲烷是一种绿色化学实践
• 相较于二氯甲烷 ,
二氧化碳无毒，不会造 成环境问题
June 2010
有机溶剂的缺点
有机溶剂在化工行业受到广泛关注，因为在合 成、加工以及分离时都用到大量的溶剂： •有机溶剂价格昂贵 •有机溶剂需要严格监管。 •许多有机溶剂易挥发，易燃，有毒.
溶剂选择
A. 无溶剂反应 B. 非有机溶剂体系 C.加工技术
什么是绿色溶剂?
• 低毒性 • 容易回收 (无废弃物) •进一步应有的特点 :
Chemistry
Chapter 4: Green Chemistry in Organic Synthesis
有机溶剂的优点
•要比离子液体和氟溶剂廉价 •挥发性 - 它需要较少的能源，以消除溶剂蒸发。 •溶剂可以通过蒸馏回收，较少废物 . •调节 - 大多数国家已经有限制释放挥发性有机化合 物的工业要求。
为什么用水作为溶剂?
• 成本 – 水是最廉价的溶剂. • 安全性 – 没有比水更安全的溶剂. • 某些反应在水中进行效果更好.
《绿色化学》PPT课件
O
C l
+
O
O O H
O
O
C l
+
O O H
3-氯过氧化苯甲酸氧化剂，原子经济性42%，产生3-氯苯甲酸废物 ➢ 绿色工艺
O + H2O2
O
O + H2O
锡/β-沸石
负载锡的沸石催化剂，过氧化氢氧化剂，原子经济性86%，副产物只有水
2021/2/1
完整版课件ppt
24
环境友好催化剂
COCl
O
envirocat EPZG
OH
OH
OH
OH
OH OH
2021/2/1
完整版课件ppt
28
使用安全的化学品(1)
发展与应用对人和环境无毒且无危险性的试剂和溶剂 以及其他实用化学品是绿色化学的重要一环。
O 1.HCN
2.H2SO4
3.MeOH
H2SO4
O
MeO
原子利用率46%
+ (NH4)HSO4
H3CC
CH + CO + CH3OH
聚氨酯是一种热缩性树脂，1995年世界总消耗量为650万吨， 80%作泡沫塑料，广泛应用于建材、家具、汽车、制革、纤维等行 业。
7
工业化学品对生态环境的影响
类别
炼油产品 大宗化学品 精细化学品 药物
化工产品生产规模与环境因子
生产规模 /ｔ
106～ 108 104～ 106 102～ 104 10～ 103
环境因子 （ｋｇ副产物 /ｋｇ主产物）
< 0.1 <1～ 5
5～ 50 2 5～ 1 0 0以上
精细化工生产对生态环境造成的影响最为突出 。
无机合成化学ppt课件
4.1 水热-溶剂热合成
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
4.1.1
概念与实例
⑴ 概念
水热-溶剂热合成是指温度为100～1000 ℃、压力为 1MPa～1GPa 条件下利用水溶液中物质化学反应所进行 的合成。在亚临界和超临界水热-溶剂热条件下,由于反应 处于分子水平,反应性提高,因而水热-溶剂热反应可以说扩 充了高温固相反应。又由于水热-溶剂热反应的均相成核 及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以 创造出其他方法无法制备的新化合物和新材料。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
本章将系统而简洁地介绍水热溶剂热合成、无水无氧合成和电解 合成三种合成方法，以及它们的一 些重要应用。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
Nd2O3 + H3PO4 → NdP5O14 CaO·nAl2O3 + H3PO4 → Ca(PO4)3OH + AlPO4 La2O3 + Fe2O3 + SrCl2 → (La, Sr)FeO3 FeTiO3 + KOH → K2O·nTiO2 (n = 4, 6)
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
4.1.1
概念与实例
⑴ 概念
水热-溶剂热合成是指温度为100～1000 ℃、压力为 1MPa～1GPa 条件下利用水溶液中物质化学反应所进行 的合成。在亚临界和超临界水热-溶剂热条件下,由于反应 处于分子水平,反应性提高,因而水热-溶剂热反应可以说扩 充了高温固相反应。又由于水热-溶剂热反应的均相成核 及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以 创造出其他方法无法制备的新化合物和新材料。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
本章将系统而简洁地介绍水热溶剂热合成、无水无氧合成和电解 合成三种合成方法，以及它们的一 些重要应用。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
Nd2O3 + H3PO4 → NdP5O14 CaO·nAl2O3 + H3PO4 → Ca(PO4)3OH + AlPO4 La2O3 + Fe2O3 + SrCl2 → (La, Sr)FeO3 FeTiO3 + KOH → K2O·nTiO2 (n = 4, 6)
2024全新绿色化学课件(2024)
详细介绍低碳水泥、绿色混凝土、再生骨料混凝土等低碳建筑材料的制
备方法、性能特点及应用优势。
02
低碳建筑材料在建筑中应用案例
列举一些典型的低碳建筑材料在建筑中的应用实例，并分析其在节能减
排、提高建筑质量等方面的作用。
2024/1/29
03
低碳建筑材料发展趋势
探讨低碳建筑材料的发展趋势，如高性能化、复合化、智能化等，并分
环保型粘合剂种类与应用
阐述水性粘合剂、热熔粘合剂、生物降解粘合剂等的制备方法、粘合性能及在各个领域的 应用实例。
2024/1/29
环保型涂料和粘合剂发展趋势
分析环保型涂料和粘合剂的发展趋势，如高性能化、多功能化、智能化等，并探讨其在未 来环保领域的应用前景。
21
低碳建筑材料及其在建筑中应用
01
低碳建筑材料种类与性能
2024/1/29
8
高效催化剂设计与应用
2024/1/29
催化剂作用
01
降低反应的活化能，使反应能够顺利进行；提高反应的选择性
，得到更多的目标产物。
高效催化剂设计原则
02
具有高活性、高选择性和长寿命；易于制备和回收；对环境和
人类无害。
高效催化剂应用实例
03
在石油化工、有机合成、环境保护等领域广泛应用，如汽车尾
水溶性氧化剂的应用
有机合成、废水处理、消毒杀菌等。
水溶性氧化剂的优点
高氧化性、易溶于水、使用方便。
2024/1/29
13
固体氧化物燃料电池（SOFC）技术
SOFC的工作原理
通过固体氧化物电解质传导氧离子，与燃料气体在阳极发生氧化反 应产生电流。
SOFC的优点
高效率、低排放、燃料适应性广。
资料-无机合成(PPT课件)
2 合成路线和方法
1 新合成反应、路线与技术的开发以及相 关基础理论的研究
2 极端条件下的合成路线、反应方法与制 备技术的基础性研究
3 仿生合成与无机合成中生物技术的应用 4 绿色（节能、洁净、经济）合成反应与
工艺的基础性研究
5 特种结构无机物或特种功能材料的分子 设计、裁剪及分子（晶体）工程学
热力学在无机化合物制备中的应用
1 合金、金属陶瓷型二元化合物（如C、N、 B、Si 化合物）
2 酸、碱和盐类 3 配位化合物，金属有机化合物，团簇与
原子簇化合物
4 多聚酸和多聚碱及其盐类 5 无机胶态物质，中间价态或低价化合物 6 非化学计量比化合物 7 无机高聚物 8 标记化合物
1 实验技术 ● 高温、高压 ● 超高真空 ● 无氧无水 ● 中压水热合成 ● 低温真空
1 无机化合物制备反应的判据
△rGm＝△rHm -T△rSm
对于封闭体系恒温恒压过程，其制备反应方向判 据：
（△rGm）T，p＜0 制备反应能够进行 （△rGm）T，p＝0 制备反应达平衡态
（△rGm）T，p＞0 制备反应不能进行
如果制备反应在热力学上是可行的，但若反应进行 很慢，则该反应在实际上亦不可用，所以必须同时 考虑热力学和动力学这两个因素。
3 耦合反应在无机制备中的应用
(1)反应的耦合 按照热力学观点，反应的耦合是指：化学反应中把
一个在任何温度下都不能自发进行的（焓增、熵减型） 反应，或在很高温度下才能自发进行的（焓增、熵增 型）反应，与另一个在任何温度下都能自发进行的 （焓减、熵增型）反应联合在一起，从而构成一个复 合型的自发反应（焓减、熵增型），或在较高温度下 就能自发进行的（焓增、熵增型）反应。
[例4] 耦合促使氯化反应顺利进行
1 新合成反应、路线与技术的开发以及相 关基础理论的研究
2 极端条件下的合成路线、反应方法与制 备技术的基础性研究
3 仿生合成与无机合成中生物技术的应用 4 绿色（节能、洁净、经济）合成反应与
工艺的基础性研究
5 特种结构无机物或特种功能材料的分子 设计、裁剪及分子（晶体）工程学
热力学在无机化合物制备中的应用
1 合金、金属陶瓷型二元化合物（如C、N、 B、Si 化合物）
2 酸、碱和盐类 3 配位化合物，金属有机化合物，团簇与
原子簇化合物
4 多聚酸和多聚碱及其盐类 5 无机胶态物质，中间价态或低价化合物 6 非化学计量比化合物 7 无机高聚物 8 标记化合物
1 实验技术 ● 高温、高压 ● 超高真空 ● 无氧无水 ● 中压水热合成 ● 低温真空
1 无机化合物制备反应的判据
△rGm＝△rHm -T△rSm
对于封闭体系恒温恒压过程，其制备反应方向判 据：
（△rGm）T，p＜0 制备反应能够进行 （△rGm）T，p＝0 制备反应达平衡态
（△rGm）T，p＞0 制备反应不能进行
如果制备反应在热力学上是可行的，但若反应进行 很慢，则该反应在实际上亦不可用，所以必须同时 考虑热力学和动力学这两个因素。
3 耦合反应在无机制备中的应用
(1)反应的耦合 按照热力学观点，反应的耦合是指：化学反应中把
一个在任何温度下都不能自发进行的（焓增、熵减型） 反应，或在很高温度下才能自发进行的（焓增、熵增 型）反应，与另一个在任何温度下都能自发进行的 （焓减、熵增型）反应联合在一起，从而构成一个复 合型的自发反应（焓减、熵增型），或在较高温度下 就能自发进行的（焓增、熵增型）反应。
[例4] 耦合促使氯化反应顺利进行
《绿色有机合成》课件
绿色有机合成不仅符合环保要求，而且具有经济效益，能够推动工业发展和科技进 步。
对未来研究的展望
进一步研究绿色有机合成的反 应机理和反应条件，探索更加 高效、高选择性和环境友好的
合成方法和技术。
开发新型的绿色有机合成催化 剂和溶剂，提高合成效率和降 低生产成本，为大规模工业生
产提供技术支持。
加强绿色有机合成在医药、农 药、材料等领域的应用研究， 推动相关产业的发展和升级。
总结词
将生物质资源转化为高附加值产品
详细描述
通过热解、气化、发酵等方法将生物质资源转化为燃料、化学品和材料等高附加值产品，实现资源的有效利用和 减少对化石资源的依赖。
案例三：绿色合成高分子材料
总结词
采用无毒或低毒原料合成高分子材料
详细描述
利用可再生资源或低毒性的原料合成 高分子材料，如聚乳酸、聚羟基脂肪 酸酯等，这些材料具有良好的生物相 容性和可降解性，广泛应用于医疗、 包装和纺织等领域。
原则
原子经济性
目标是使反应过程中所使用的原料中的每一 个原子都转化为产品，实现零排放。
高选择性
以最少的副反应和最小的环境污染为前提， 实现高目标产物的选择性。
环境友好
整个合成过程应尽可能减少或消除对人类健 康和生态环境的负面影响。
能源消耗最小化
通过改进反应条件和过程，降低能源消耗。
绿色溶剂
01
02
《绿色有机合成》 ppt课件 (2)
目录
CONTENTS
• 绿色有机合成简介 • 绿色有机合成的原则与技术 • 绿色有机合成的实践案例 • 绿色有机合成的前景与挑战 • 结论
01 绿色有机合成简介
定义与特点
定义
绿色有机合成是指采用环保、低毒性 的合成方法，在温和的反应条件下， 高效地合成有机化合物。
对未来研究的展望
进一步研究绿色有机合成的反 应机理和反应条件，探索更加 高效、高选择性和环境友好的
合成方法和技术。
开发新型的绿色有机合成催化 剂和溶剂，提高合成效率和降 低生产成本，为大规模工业生
产提供技术支持。
加强绿色有机合成在医药、农 药、材料等领域的应用研究， 推动相关产业的发展和升级。
总结词
将生物质资源转化为高附加值产品
详细描述
通过热解、气化、发酵等方法将生物质资源转化为燃料、化学品和材料等高附加值产品，实现资源的有效利用和 减少对化石资源的依赖。
案例三：绿色合成高分子材料
总结词
采用无毒或低毒原料合成高分子材料
详细描述
利用可再生资源或低毒性的原料合成 高分子材料，如聚乳酸、聚羟基脂肪 酸酯等，这些材料具有良好的生物相 容性和可降解性，广泛应用于医疗、 包装和纺织等领域。
原则
原子经济性
目标是使反应过程中所使用的原料中的每一 个原子都转化为产品，实现零排放。
高选择性
以最少的副反应和最小的环境污染为前提， 实现高目标产物的选择性。
环境友好
整个合成过程应尽可能减少或消除对人类健 康和生态环境的负面影响。
能源消耗最小化
通过改进反应条件和过程，降低能源消耗。
绿色溶剂
01
02
《绿色有机合成》 ppt课件 (2)
目录
CONTENTS
• 绿色有机合成简介 • 绿色有机合成的原则与技术 • 绿色有机合成的实践案例 • 绿色有机合成的前景与挑战 • 结论
01 绿色有机合成简介
定义与特点
定义
绿色有机合成是指采用环保、低毒性 的合成方法，在温和的反应条件下， 高效地合成有机化合物。
绿色化学(全套课件)四川大学(2024)
2024/1/29
色谱分离原理
利用物质在固定相和流动相之间的分配平衡，实现不同组分的分 离。
色谱法的分类
根据固定相和流动相的不同，可分为液-液色谱、气-液色谱、气固色谱等。
色谱分离技术应用
在石油化工、环境监测、食品药品分析等领域有广泛应用，如油品 组成分析、大气污染物监测、药物成分分析等。
22
结晶分离技术
06
绿色分析测试与评价方法
2024/1/29
24
绿色分析测试方法
原子经济性和E因子评价法
通过计算化学反应中原子的利用效率和环境负 荷来评估其绿色程度。
绿色溶剂选择
选择环境友好的溶剂，如离子液体、超临界流 体等，以减少对环境的污染。
2024/1/29
绿色催化剂设计
开发高效、可回收和可重复使用的催化剂，以降低化学反应的能耗和废弃物产 生。
成功开发出多种高效分离纯化技术， 如超临界流体萃取、膜分离等，这些 技术在化工、制药等领域具有重要应 用。
02
分离纯化过程优化与 节能研究
对多个分离纯化过程进行了优化研究 ，提高了分离效率和能源利用效率， 减少了废弃物排放和能源消耗。
03
新型分离纯化材料的 探索与应用
积极探索并应用新型分离纯化材料， 如分子筛、金属有机框架材料等，在 气体分离、液体分离等领域取得了重 要进展。
2024/1/29
32
THANKS
2024/1/29
33
经济发展
绿色化学可以推动化学工业的转型 升级，促进经济的可持续发展。
7
02
绿色合成技术
2024/1/29
8
原子经济性反应
03
原子经济性概念
原子经济性反应类型
色谱分离原理
利用物质在固定相和流动相之间的分配平衡，实现不同组分的分 离。
色谱法的分类
根据固定相和流动相的不同，可分为液-液色谱、气-液色谱、气固色谱等。
色谱分离技术应用
在石油化工、环境监测、食品药品分析等领域有广泛应用，如油品 组成分析、大气污染物监测、药物成分分析等。
22
结晶分离技术
06
绿色分析测试与评价方法
2024/1/29
24
绿色分析测试方法
原子经济性和E因子评价法
通过计算化学反应中原子的利用效率和环境负 荷来评估其绿色程度。
绿色溶剂选择
选择环境友好的溶剂，如离子液体、超临界流 体等，以减少对环境的污染。
2024/1/29
绿色催化剂设计
开发高效、可回收和可重复使用的催化剂，以降低化学反应的能耗和废弃物产 生。
成功开发出多种高效分离纯化技术， 如超临界流体萃取、膜分离等，这些 技术在化工、制药等领域具有重要应 用。
02
分离纯化过程优化与 节能研究
对多个分离纯化过程进行了优化研究 ，提高了分离效率和能源利用效率， 减少了废弃物排放和能源消耗。
03
新型分离纯化材料的 探索与应用
积极探索并应用新型分离纯化材料， 如分子筛、金属有机框架材料等，在 气体分离、液体分离等领域取得了重 要进展。
2024/1/29
32
THANKS
2024/1/29
33
经济发展
绿色化学可以推动化学工业的转型 升级，促进经济的可持续发展。
7
02
绿色合成技术
2024/1/29
8
原子经济性反应
03
原子经济性概念
原子经济性反应类型
绿色化学绿色化学原理PPT课件
克莱森重排：烯醇或酚的烯丙基醚当加热到一定温度时，可发生分子内 重排。苯酚的烯丙基醚在200℃时，不用催化剂顺利的重排。
原子利用率100%
第7页/共42页
反应类型及其原子经济性
⑴ 分子重排反应。原子利用率100%
重排反应是构成分子的原子通过改变相互的位置、连接、键 的形式等产生一个新的分子的反应。
第29页/共42页
2.5 采用安全的溶剂和助剂 Use safer solvents and auxiliaries
The use of auxiliary substances (e.g. solvents, separation agents, etc.) should be made unnecessary wherever possible and, innocuous when used.
NC CH2 CH2 CH2 CH2 CN
CH2
CH CH
CH2
2HCN
Ni，Complex 30～50℃
NC CH2 CH2 CH2 CH2 CN
其原子利用率为100%。
乙酸合成
Kolbe合成法:
甲醇羰基化法:
2009
C Fe CS2 Cl2 CCl4 红热管 Cl2C=CCl2
Cl2C=CCl2
A raw material of feedstock should be renewable rather than depleting wherever technically and economically practicable.
environmental and economic impacts and should be minimized. Synthetic methods should be conducted at ambient temperature and pressure.
原子利用率100%
第7页/共42页
反应类型及其原子经济性
⑴ 分子重排反应。原子利用率100%
重排反应是构成分子的原子通过改变相互的位置、连接、键 的形式等产生一个新的分子的反应。
第29页/共42页
2.5 采用安全的溶剂和助剂 Use safer solvents and auxiliaries
The use of auxiliary substances (e.g. solvents, separation agents, etc.) should be made unnecessary wherever possible and, innocuous when used.
NC CH2 CH2 CH2 CH2 CN
CH2
CH CH
CH2
2HCN
Ni，Complex 30～50℃
NC CH2 CH2 CH2 CH2 CN
其原子利用率为100%。
乙酸合成
Kolbe合成法:
甲醇羰基化法:
2009
C Fe CS2 Cl2 CCl4 红热管 Cl2C=CCl2
Cl2C=CCl2
A raw material of feedstock should be renewable rather than depleting wherever technically and economically practicable.
environmental and economic impacts and should be minimized. Synthetic methods should be conducted at ambient temperature and pressure.
第三章 无机合成反应的绿色化技术
锂离子电池阴极材料的制备
Li+ + NaxMnO2
LixMn2O4 + Na+
同晶置换反应
定义：在母体结构不变的前提下，外来离子与骨 架元素之间进行离子交换形成新化合物的反应。
反应类型：气-固反应、液-固反应。 用途：新型结构分子筛材料的合成（如杂原子分
子筛：硅磷酸铝分子筛SAPO-5）。
溶解 前驱体
水解
缩聚
老化
溶液
溶胶
凝胶
凝胶
3.2.2 溶胶-凝胶法原理 溶剂化 水解反应
缩聚反应
3.2.3 应用实例
ThO2微球制备
3.3 局部化学反应法
是通过局部化学反应或局部规整反应制备固体材料的方法。 通过反应物结构来控制反应性，反应前后主体结构不 变。 可在温和条件（如低温）下发生。 可合成其他方法不能或难以得到的固体材料，并具有 独特的物理化学性质和结构。 类型：脱水反应、嵌入反应、离子交换反应、同晶置 换反应、分解反应和氧化还原反应。
ZnFe2(C2O4)4
ZnFe2(C2O4)4
ZnFe2O4 + 4CO + 4CO2
先驱物：铁和锌的草酸盐共沉淀 加热焙烧即得ZnFe2O4 反应温度降低很多，约为1000℃
3.7 助熔剂法
是指在较高的温度（200~600℃）下，在熔融系统中进 行材料合成的方法。 用于无法用固相反应或气相沉积法制备的材料的制备。 用于制备具有特殊结构或优异性能的超导陶瓷材料。 例如：多硫化钾熔盐与Cu反应。不同温度得到不同产 物。
分解反应
定义：通过反应物分解形成产物的方法。 原料：易分解的碳酸盐、硝酸盐、金属有机配合
物等。 类型：
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料的收缩或破裂。
溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子 是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm之间。
凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物 质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体， 凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。
溶胶 无固定形状
固相粒子自由运动
分解反应
❖ 定义：通过反应物分解形成产物的方法。 ❖ 原料：易分解的碳酸盐、硝酸盐、金属有机配合
物等。 ❖ 类型：
原料热分解制备金属氧化物纳米棒 有机模板剂的热分解去除
氧化还原反应
❖ 定义：通过过渡金属元素的氧化还原反应来进行 固体材料合成的方法。
❖ 例如：
2LaNiO3 + H+ 2LaCoO3 + H+
➢溶液中同嵌入剂直接反应 ➢采用阴极还原的电化学嵌入 ➢三元化合物AxMCh2的溶剂化反应 ➢阳离子和溶剂的交换反应
锂离子二次电池阴极材料制备
C6 + LixMmOn ←→LiyC6 + Lix-yMmOn
离子交换反应
❖是指通过对具有可交换离子的物质进行交换改性 的局部化学反应。
❖用以合成黏土材料、沸石分子筛材料及某些氧化 物材料。
溶解 前驱体
水解
缩聚
老化
溶液
溶胶
凝胶
凝胶
3.2.2 溶胶-凝胶法原理 溶剂化 水解反应
缩聚反应
3.2.3 应用实例
ThO2微球制备
3.3 局部化学反应法
❖ 是通过局部化学反应或局部规整反应制备固体材料的方法。 通过反应物结构来控制反应性，反应前后主体结构不 变。 可在温和条件（如低温）下发生。 可合成其他方法不能或难以得到的固体材料，并具有 独特的物理化学性质和结构。 类型：脱水反应、嵌入反应、离子交换反应、同晶置 换反应、分解反应和氧化还原反应。
凝胶 固定形状
固相粒子按一定网架结构固定不能自 由移动
* 特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表面积 *
溶胶－凝胶法：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体， 在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应， 在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚 合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流 动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子 乃至纳米亚结构的材料。
3.1.2 水热合成法的原理
3.1.3 应用实例
人工合成金刚石
镍粉+玻璃碳+金刚石籽晶+水 800℃、1.4×108MPa，50-100h
二氧化钛纳米晶体
S.(十二胺）+H2O+异丙醇钛 水热反应后，冷却、洗涤、干燥
合成分子筛
拟薄水铝石、硅溶胶、磷酸为原料，吗啉、四乙基氢氧化铵 为模板剂，180℃反应，550℃焙烧，得SAPO-34分子筛。
脱水反应
通过反应物脱水得到产物的过程
例如：Mo1-xWxO3晶体的制备
WO3 MoO3
浓酸
结晶
Mo1-xWxO3·H2O晶体
500K脱水
Mo1-xWxO3晶体
嵌入反应
外来离子或分子嵌入固体基质晶格中,不产生晶体结构 的重大改变的反应。
通常发生在层状化合物中。 在超导体材料、电解质材料、膜催化材料。 一般主体是固体，外来离子是液体或气体形式 反应方法：
层状或夹层状固体可刷线路板的制造
3.4.2 低热固相反应的反应机理及化学反应规律
反应机理
扩散
反应
成核
生长
冷融熔 冷溶熔 注：每个过程都可能成为速率控制步骤
低热固相反应规律
1、潜伏期
固体反应物间扩散和成核过程构成潜伏期
温度影响显著：温度越高，扩散越快，成核越快，潜伏期越短
2、无化学平衡
△G< 0，反应自发进行。
对于纯凝聚态和气体参与的反应，无论气体是反应物、产物 或两者都有，反应△G< 0，即自发进行，不存在化学平衡。
3.2 溶胶-凝胶法
❖3.2.1 概述
定义：将烷氧金属或金属盐在一定条件下水解缩合成 溶胶，再经溶剂挥发或加热处理转化成网状结构的凝 胶的过程。
用途：玻璃、陶瓷及相关复合材料（如膜等） 特点：通过混合易得均相多组分系统；条件温和；其
流变性有利于操作。 问题：原料贵，且有害；时间长；大量微孔易造成材
新型氧化物材料的合成
LiNbO3 + H+ LiTaO3 + H+
LiNbWO6(金红石结构）+ H+
LiTaWO6(金红石结构）+ H+
HNbO3 + Li+ HTaO3 + Li+
HNbWO6（类ReO3结构）+ Li+
HTaWO6（类ReO3结构）+ Li+
新型分子筛催化材料的合成
固态离子交换法用Ca2+改变Pd/HZSM-5的酸性， 使加氢还原时Pd分散更均匀。
第3章 无机合成反应的绿色化技术
3.1 水热合成法
❖3.1.1 概述
在密闭系统中，以水为溶剂，在一定的温度和水的自 生压力下，原始混合物进行反应合成无机材料的一种 方法。
不锈钢反应釜，衬塑高压釜。 低(<100℃)、中(100-300℃)、高温(>300℃)水热合成
法。 粒子纯度高、分散性好、晶形好，可控制。 需高温高压设备，投资大，不安全。
350~400℃ 350~400℃
La2Ni2O5 + H2O La2Co2O5 + H2O
3.4 低热固相反应
❖3.4.1 概述 固相反应：有固相物质直接参与的反应。包括 S—S、S—L、S—G。 低热固相反应：固相物质在室温或接近室温下 进行的化学反应。 分类：单组分固相反应、多组分固相反应 优点：生产周期短、无须使用溶剂、反应选择 性高、纯度高、易分离。
3、拓扑化学控制原理
固相反应，反应物晶格高度有序排列，晶格分子移动困难， 只有合适取向的晶面上分子足够靠近，反应才能进行。
低热固相反应规律
4、分步反应
溶液中配合物存在逐级反应：
M L ML L ML2 L ML3 L ML4 L ···
固相反应不存在化学平衡，可精确控制，实现分步反应，得到产物
5、嵌入反应
锂离子电池阴极材料的制备
Li+ + NaxMnO2
LixMn2O4 + Na+
同晶置换反应
❖ 定义：在母体结构不变的前提下，外来离子与骨 架元素之间进行离子交换形成新化合物的反应。
❖ 反应类型：气-固反应、液-固反应。 ❖ 用途：新型结构分子筛材料的合成（如杂原子分
子筛：硅磷酸铝分子筛SAPO-5）。
溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子 是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm之间。
凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物 质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体， 凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。
溶胶 无固定形状
固相粒子自由运动
分解反应
❖ 定义：通过反应物分解形成产物的方法。 ❖ 原料：易分解的碳酸盐、硝酸盐、金属有机配合
物等。 ❖ 类型：
原料热分解制备金属氧化物纳米棒 有机模板剂的热分解去除
氧化还原反应
❖ 定义：通过过渡金属元素的氧化还原反应来进行 固体材料合成的方法。
❖ 例如：
2LaNiO3 + H+ 2LaCoO3 + H+
➢溶液中同嵌入剂直接反应 ➢采用阴极还原的电化学嵌入 ➢三元化合物AxMCh2的溶剂化反应 ➢阳离子和溶剂的交换反应
锂离子二次电池阴极材料制备
C6 + LixMmOn ←→LiyC6 + Lix-yMmOn
离子交换反应
❖是指通过对具有可交换离子的物质进行交换改性 的局部化学反应。
❖用以合成黏土材料、沸石分子筛材料及某些氧化 物材料。
溶解 前驱体
水解
缩聚
老化
溶液
溶胶
凝胶
凝胶
3.2.2 溶胶-凝胶法原理 溶剂化 水解反应
缩聚反应
3.2.3 应用实例
ThO2微球制备
3.3 局部化学反应法
❖ 是通过局部化学反应或局部规整反应制备固体材料的方法。 通过反应物结构来控制反应性，反应前后主体结构不 变。 可在温和条件（如低温）下发生。 可合成其他方法不能或难以得到的固体材料，并具有 独特的物理化学性质和结构。 类型：脱水反应、嵌入反应、离子交换反应、同晶置 换反应、分解反应和氧化还原反应。
凝胶 固定形状
固相粒子按一定网架结构固定不能自 由移动
* 特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表面积 *
溶胶－凝胶法：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体， 在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应， 在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚 合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流 动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子 乃至纳米亚结构的材料。
3.1.2 水热合成法的原理
3.1.3 应用实例
人工合成金刚石
镍粉+玻璃碳+金刚石籽晶+水 800℃、1.4×108MPa，50-100h
二氧化钛纳米晶体
S.(十二胺）+H2O+异丙醇钛 水热反应后，冷却、洗涤、干燥
合成分子筛
拟薄水铝石、硅溶胶、磷酸为原料，吗啉、四乙基氢氧化铵 为模板剂，180℃反应，550℃焙烧，得SAPO-34分子筛。
脱水反应
通过反应物脱水得到产物的过程
例如：Mo1-xWxO3晶体的制备
WO3 MoO3
浓酸
结晶
Mo1-xWxO3·H2O晶体
500K脱水
Mo1-xWxO3晶体
嵌入反应
外来离子或分子嵌入固体基质晶格中,不产生晶体结构 的重大改变的反应。
通常发生在层状化合物中。 在超导体材料、电解质材料、膜催化材料。 一般主体是固体，外来离子是液体或气体形式 反应方法：
层状或夹层状固体可刷线路板的制造
3.4.2 低热固相反应的反应机理及化学反应规律
反应机理
扩散
反应
成核
生长
冷融熔 冷溶熔 注：每个过程都可能成为速率控制步骤
低热固相反应规律
1、潜伏期
固体反应物间扩散和成核过程构成潜伏期
温度影响显著：温度越高，扩散越快，成核越快，潜伏期越短
2、无化学平衡
△G< 0，反应自发进行。
对于纯凝聚态和气体参与的反应，无论气体是反应物、产物 或两者都有，反应△G< 0，即自发进行，不存在化学平衡。
3.2 溶胶-凝胶法
❖3.2.1 概述
定义：将烷氧金属或金属盐在一定条件下水解缩合成 溶胶，再经溶剂挥发或加热处理转化成网状结构的凝 胶的过程。
用途：玻璃、陶瓷及相关复合材料（如膜等） 特点：通过混合易得均相多组分系统；条件温和；其
流变性有利于操作。 问题：原料贵，且有害；时间长；大量微孔易造成材
新型氧化物材料的合成
LiNbO3 + H+ LiTaO3 + H+
LiNbWO6(金红石结构）+ H+
LiTaWO6(金红石结构）+ H+
HNbO3 + Li+ HTaO3 + Li+
HNbWO6（类ReO3结构）+ Li+
HTaWO6（类ReO3结构）+ Li+
新型分子筛催化材料的合成
固态离子交换法用Ca2+改变Pd/HZSM-5的酸性， 使加氢还原时Pd分散更均匀。
第3章 无机合成反应的绿色化技术
3.1 水热合成法
❖3.1.1 概述
在密闭系统中，以水为溶剂，在一定的温度和水的自 生压力下，原始混合物进行反应合成无机材料的一种 方法。
不锈钢反应釜，衬塑高压釜。 低(<100℃)、中(100-300℃)、高温(>300℃)水热合成
法。 粒子纯度高、分散性好、晶形好，可控制。 需高温高压设备，投资大，不安全。
350~400℃ 350~400℃
La2Ni2O5 + H2O La2Co2O5 + H2O
3.4 低热固相反应
❖3.4.1 概述 固相反应：有固相物质直接参与的反应。包括 S—S、S—L、S—G。 低热固相反应：固相物质在室温或接近室温下 进行的化学反应。 分类：单组分固相反应、多组分固相反应 优点：生产周期短、无须使用溶剂、反应选择 性高、纯度高、易分离。
3、拓扑化学控制原理
固相反应，反应物晶格高度有序排列，晶格分子移动困难， 只有合适取向的晶面上分子足够靠近，反应才能进行。
低热固相反应规律
4、分步反应
溶液中配合物存在逐级反应：
M L ML L ML2 L ML3 L ML4 L ···
固相反应不存在化学平衡，可精确控制，实现分步反应，得到产物
5、嵌入反应
锂离子电池阴极材料的制备
Li+ + NaxMnO2
LixMn2O4 + Na+
同晶置换反应
❖ 定义：在母体结构不变的前提下，外来离子与骨 架元素之间进行离子交换形成新化合物的反应。
❖ 反应类型：气-固反应、液-固反应。 ❖ 用途：新型结构分子筛材料的合成（如杂原子分
子筛：硅磷酸铝分子筛SAPO-5）。