水热与溶剂热合成的的原理、特点与应用
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超临界条件：温度高于临界温度374℃，压力大于临界压力 22.1MPa的条件。有时温度高达1000℃，压力高达0.3GPa。
超临界水氧化与其实际应用
最具发展前景的利用：超临界水氧化破坏危险性有机物及环境 保护治理废弃物、污染物。
极强的氧 化能力
可以溶解 有机物
5、水热与溶剂热合成设备
❖ 高压容器是进行高温高压水热实验的基本设备。
无机晶体材料的溶剂热合成研究是近二十年发展起来的，主 要指在非水有机溶剂热条件下的合成，用于区别水热合成。
水热合成研究工作近百年经久不哀并逐步演化出新的研究课 题如水热条件下的生命起源问题以及与环境友好的超临界氧化 过程。
目录：
1、水热与溶剂热合成的概念及原理 2、水热与溶剂热合成的的特点 3、水热与溶剂热合成的应用 4、超临界合成反应及其应用 5、水热与溶剂热合成的设备 6、水热与溶剂热合成的制备过程、工艺控制 7、水热反应或溶剂热反应的基本类型及应用 8、新型的水热合成技术
高压合成法的分类：
❖ 1）水热、溶剂热合成 液体作为传压介质，反应在液相或气相中进行。 压力：在MPa级别
2）超高压合成 液体（油压）、气体作为传压介质。 压力：可达几十个GPa a. 静高压合成 b. 动高压合成
水热与溶剂热合成是无机合成化学的一个重要分支。水热合 成研究最初从模拟地矿生成开始到沸石分子筛和其它晶体材料 的合成已经历了一百多年的历史。
和填充度下,ΔT越大,反应速率越大; ❖ 填充度：在一定的反应温度下,晶体生长速率与填充度成正比。填充度越
大,体系压力越高,晶体生长速率越大。(50％~80％)
7. 水热反应或溶剂热反应的基本类型及应用
❖ 与高温高压水溶液或其它有机溶剂有关的反应称为水热反应 （Hydrothermal Reactions）或溶剂热反应( Solvothermal Reactions)。
6.2 反应工艺控制
水热反应的影响因素
① 温度 ② 温度梯度 ③ 压力 ④ 填充度 ⑤ 水热处理时间
⑥ 固含量 ⑦ 溶液pH值 ⑧ 矿化剂的选择及浓度 ⑨ 分散剂的选择及浓度 ⑩ 加料方式
Baidu Nhomakorabea
水热法中微晶生长速率与反应条件的关系： ❖ 温度：填充度一定时,反应温度越高,晶体生长速率越大; ❖ 压力：在相同的反应温度下, 体系压力越高,晶体生长速率越大; ❖ 生长区与溶解区之间的温度梯度ΔT：在一定的反应温度(指溶解区温度)
高压容器（高压斧、反应釜Autoclaves）
❖ 玻璃反应釜具有非常优良的 耐酸碱耐腐蚀性，化学稳定 性优良，缺点是热传导能力 差。
❖ 不锈钢反应釜具有优良的热 传导能力 缺点是对强酸强碱 的抵抗能力差。
❖ 但对于不锈钢反应釜来说， 有一种材质叫316L 很好地 弥补了不耐强酸强碱的缺点， 但是价格非常昂贵 。
10升卧式高压反应釜
立式高压反应釜
磁力密封高压釜 1）是磁力传动装置 应用于大型反应设 备的典型创新； 2）解决了以前填料 密封、机械密封无 法克服的轴封泄漏 问题，无任何泄漏 和污染， 3）进行易燃、易爆、 有毒介质的化学反 应，更加显示出它 的优越性。
6、水热与溶剂热合成的制备过程、工艺控制
② 特殊结构\物质价态:由于中间态、介稳 态以及特殊物相易于生成.因此能合成 特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产 物。
③ 能够使低熔点化合物、高蒸气压且不能 在融体中生成的物质、高温分解相在水 热与溶剂热低温条件下晶化生成。
难合成物质、 降低合成温度
特种介稳结构、 特种凝聚态、 新合成产物。
低熔点化合物、 高温分解相、 高蒸气压物质
6.1 水热法合成程序
❖ 选择反应物料； ❖ 确定合成物料的配方； ❖ 配料程序摸索，混料搅拌； ❖ 装釜，封釜； ❖ 确定反应温度、时间、状态（静止与动态晶化）； ❖ 取釜，冷却（空气冷、水冷）； ❖ 开釜取样； ❖ 过滤，干燥； ❖ 检测：光学显微镜观察晶貌与粒度分布；
粉末x射线衍射（XRD）物相分析。
❖ ④ 结晶好:水热与溶剂热的低温、等压、 溶液条件，有利于生长极少缺陷、取向好、 完美的晶体，且合成产物结晶度高以及易 于控制产物晶体的粒度。
制备单晶、 人工晶体
❖ ⑤ 可控性好:由于易于调节水热与溶剂 热条件下的环境气氛，因而有利于低价态、 中间价态与特殊价态化合物的生成，并能 均匀地进行掺杂。
特殊结构(沸石)、 特殊凝聚态的材料、 特殊价态化合物、 纳米材料、 均匀搀杂。
4、超临界合成反应及其应用
水热与溶剂热反应按反应温度的分类: ❖ 亚临界
反应温度在100～240℃之间，适于工业或实验室操作。 如多数沸石分子筛晶体的水热合成即为典型的亚临界合成反应。 ❖ 超临界合成反应
利用作为反应介质的水在超临界状态下的性质和反应物质在高 温高压水热条件下的特殊性质进行合成反应。
2、水热与溶剂热合成的特点
物质结构
反应机理
固相反应
水热与 溶剂热反应
界面扩散
液相反应
溶液化学
高温、 高压溶液
物质凝聚态
物质稳定性
结晶性好,纯净, 无需热处理
均匀性、扩散快速、 温和、可控性好
新物质、难制备物质、 高压相、特殊凝聚态、
介稳态、异价
3、水热与溶剂热合成的应用
① 高反应活性:由于反应物反应性能的改 变、活性的提高，水热与溶剂热合成法 有可能代替固相反应以及难于进行的合 成反应。
1、 水热与溶剂热合成的概念及原理
水热与溶剂热合成：在一定温度(100-1000℃)和压力(1-100MPa) （广义条地件）下，利用溶液中物质化学反应所进行的合成。
水热合成：在水体系中进行。 溶剂热合成：在非水（主要是有机溶剂）体系中进行。
水热法：是指在特制的密闭反应器(高压釜)中,采用水溶 液作为反应体系,通过对反应体系加热加压(或自生蒸汽 压),创造一个相对高温、高压的反应环境,使通常难溶或 不溶的物质溶解并且重结晶（或反应)而进行无机合成 与材料处理的一种有效方法。
❖ 水热法制备祖母绿 CrBe3Al2[Si6O18]
水热合成的机理： 粉体晶粒的形成经
历了“溶解-结晶”2个 阶段:首先营养料在热 介质里溶解,以离子、 分子团的形式进入溶液, 利用强烈对流,将这些 离子、分子和离子团输 送并放在籽晶的生长区 (低温区)形成饱和溶液, 进而成核,形成晶粒,继 而结晶。
超临界水氧化与其实际应用
最具发展前景的利用：超临界水氧化破坏危险性有机物及环境 保护治理废弃物、污染物。
极强的氧 化能力
可以溶解 有机物
5、水热与溶剂热合成设备
❖ 高压容器是进行高温高压水热实验的基本设备。
无机晶体材料的溶剂热合成研究是近二十年发展起来的，主 要指在非水有机溶剂热条件下的合成，用于区别水热合成。
水热合成研究工作近百年经久不哀并逐步演化出新的研究课 题如水热条件下的生命起源问题以及与环境友好的超临界氧化 过程。
目录：
1、水热与溶剂热合成的概念及原理 2、水热与溶剂热合成的的特点 3、水热与溶剂热合成的应用 4、超临界合成反应及其应用 5、水热与溶剂热合成的设备 6、水热与溶剂热合成的制备过程、工艺控制 7、水热反应或溶剂热反应的基本类型及应用 8、新型的水热合成技术
高压合成法的分类：
❖ 1）水热、溶剂热合成 液体作为传压介质，反应在液相或气相中进行。 压力：在MPa级别
2）超高压合成 液体（油压）、气体作为传压介质。 压力：可达几十个GPa a. 静高压合成 b. 动高压合成
水热与溶剂热合成是无机合成化学的一个重要分支。水热合 成研究最初从模拟地矿生成开始到沸石分子筛和其它晶体材料 的合成已经历了一百多年的历史。
和填充度下,ΔT越大,反应速率越大; ❖ 填充度：在一定的反应温度下,晶体生长速率与填充度成正比。填充度越
大,体系压力越高,晶体生长速率越大。(50％~80％)
7. 水热反应或溶剂热反应的基本类型及应用
❖ 与高温高压水溶液或其它有机溶剂有关的反应称为水热反应 （Hydrothermal Reactions）或溶剂热反应( Solvothermal Reactions)。
6.2 反应工艺控制
水热反应的影响因素
① 温度 ② 温度梯度 ③ 压力 ④ 填充度 ⑤ 水热处理时间
⑥ 固含量 ⑦ 溶液pH值 ⑧ 矿化剂的选择及浓度 ⑨ 分散剂的选择及浓度 ⑩ 加料方式
Baidu Nhomakorabea
水热法中微晶生长速率与反应条件的关系： ❖ 温度：填充度一定时,反应温度越高,晶体生长速率越大; ❖ 压力：在相同的反应温度下, 体系压力越高,晶体生长速率越大; ❖ 生长区与溶解区之间的温度梯度ΔT：在一定的反应温度(指溶解区温度)
高压容器（高压斧、反应釜Autoclaves）
❖ 玻璃反应釜具有非常优良的 耐酸碱耐腐蚀性，化学稳定 性优良，缺点是热传导能力 差。
❖ 不锈钢反应釜具有优良的热 传导能力 缺点是对强酸强碱 的抵抗能力差。
❖ 但对于不锈钢反应釜来说， 有一种材质叫316L 很好地 弥补了不耐强酸强碱的缺点， 但是价格非常昂贵 。
10升卧式高压反应釜
立式高压反应釜
磁力密封高压釜 1）是磁力传动装置 应用于大型反应设 备的典型创新； 2）解决了以前填料 密封、机械密封无 法克服的轴封泄漏 问题，无任何泄漏 和污染， 3）进行易燃、易爆、 有毒介质的化学反 应，更加显示出它 的优越性。
6、水热与溶剂热合成的制备过程、工艺控制
② 特殊结构\物质价态:由于中间态、介稳 态以及特殊物相易于生成.因此能合成 特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产 物。
③ 能够使低熔点化合物、高蒸气压且不能 在融体中生成的物质、高温分解相在水 热与溶剂热低温条件下晶化生成。
难合成物质、 降低合成温度
特种介稳结构、 特种凝聚态、 新合成产物。
低熔点化合物、 高温分解相、 高蒸气压物质
6.1 水热法合成程序
❖ 选择反应物料； ❖ 确定合成物料的配方； ❖ 配料程序摸索，混料搅拌； ❖ 装釜，封釜； ❖ 确定反应温度、时间、状态（静止与动态晶化）； ❖ 取釜，冷却（空气冷、水冷）； ❖ 开釜取样； ❖ 过滤，干燥； ❖ 检测：光学显微镜观察晶貌与粒度分布；
粉末x射线衍射（XRD）物相分析。
❖ ④ 结晶好:水热与溶剂热的低温、等压、 溶液条件，有利于生长极少缺陷、取向好、 完美的晶体，且合成产物结晶度高以及易 于控制产物晶体的粒度。
制备单晶、 人工晶体
❖ ⑤ 可控性好:由于易于调节水热与溶剂 热条件下的环境气氛，因而有利于低价态、 中间价态与特殊价态化合物的生成，并能 均匀地进行掺杂。
特殊结构(沸石)、 特殊凝聚态的材料、 特殊价态化合物、 纳米材料、 均匀搀杂。
4、超临界合成反应及其应用
水热与溶剂热反应按反应温度的分类: ❖ 亚临界
反应温度在100～240℃之间，适于工业或实验室操作。 如多数沸石分子筛晶体的水热合成即为典型的亚临界合成反应。 ❖ 超临界合成反应
利用作为反应介质的水在超临界状态下的性质和反应物质在高 温高压水热条件下的特殊性质进行合成反应。
2、水热与溶剂热合成的特点
物质结构
反应机理
固相反应
水热与 溶剂热反应
界面扩散
液相反应
溶液化学
高温、 高压溶液
物质凝聚态
物质稳定性
结晶性好,纯净, 无需热处理
均匀性、扩散快速、 温和、可控性好
新物质、难制备物质、 高压相、特殊凝聚态、
介稳态、异价
3、水热与溶剂热合成的应用
① 高反应活性:由于反应物反应性能的改 变、活性的提高，水热与溶剂热合成法 有可能代替固相反应以及难于进行的合 成反应。
1、 水热与溶剂热合成的概念及原理
水热与溶剂热合成：在一定温度(100-1000℃)和压力(1-100MPa) （广义条地件）下，利用溶液中物质化学反应所进行的合成。
水热合成：在水体系中进行。 溶剂热合成：在非水（主要是有机溶剂）体系中进行。
水热法：是指在特制的密闭反应器(高压釜)中,采用水溶 液作为反应体系,通过对反应体系加热加压(或自生蒸汽 压),创造一个相对高温、高压的反应环境,使通常难溶或 不溶的物质溶解并且重结晶（或反应)而进行无机合成 与材料处理的一种有效方法。
❖ 水热法制备祖母绿 CrBe3Al2[Si6O18]
水热合成的机理： 粉体晶粒的形成经
历了“溶解-结晶”2个 阶段:首先营养料在热 介质里溶解,以离子、 分子团的形式进入溶液, 利用强烈对流,将这些 离子、分子和离子团输 送并放在籽晶的生长区 (低温区)形成饱和溶液, 进而成核,形成晶粒,继 而结晶。