精细化工概论2.1PPT课件
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第二章 无机精细化学品
2021
1
人
理论基础
现代化学 物理学
们 对
物
更深层次的认识
分析方法 精密测试技术
质 的 认
识
越
由宏观认识深化到
量子化学
来
原子和电子一级的
结晶化学
越
微观状态
固体物理学
深
入
2021
2
第一节 超细化
2021
3
一、不同颗粒的粒径
二、超细颗粒的奇特性质
①低熔点:Ag(900℃→100℃） ②表面能增加，具有较高的化学活性（高效催化
26
超细化应用举例
❖ 1、超细白炭黑 ❖ 2、超细碳酸钙 ❖ 3、纳米二氧化钛
Continue
2021
27
❖ 白炭黑属于硅系白色补强型粉体材料，是合 成水合硅酸和硅酸盐的总称，包括沉淀二氧 化硅、气相二氧化硅、CaSiO3、MgSiO3、 Al2(SiO3)3等。由于它们具有与炭黑媲美的 性能和外观上为白色的特性，故统称为白炭 黑。不过通常讲的白炭黑大多是指SiO2而言。
2021
24
3、水热法
❖ 水热法是指在水溶液中或大量水蒸气存在下， 以高温高压或高温常压下所进行的化学反应 过程。
2Hale Waihona Puke Baidu21
25
二、物理法
❖ 物理法的主要过程是将溶解度大的盐的水溶 液雾化成小液滴，使其中的水分迅速蒸发， 而盐形成均匀的球状。如再将微细的盐粒加 热分解，即可制得氧化物超细粉。
2021
2021
19
均匀沉淀法举例
❖ 该法常用的试剂有尿素。其水溶液在 70℃左右发生分解反应： （NH2）2CO＋3H2O→2NH4OH＋CO2 ↑
❖ 生成的NH4OH起到沉淀剂的作用。
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20
2、醇盐法
❖ ①金属醇盐： ❖ 金属醇盐是指金属置换醇中羟基的氢而生成
的含M－O－C－键的金属有机化合物的总称。 化学通式为M（OR）n，M为金属，R代表烷 基或烯丙基。
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28
❖ 炭黑有两个缺点： ❖ 一是生产能耗高，而且原料受能源的限制。
❖ 二是黑色不能满足人们对色彩的需要。
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29
超细白炭黑的应用
❖ ①白炭黑在橡胶中的应用：高补强填充材 料。
❖ ②在塑料中的应用：提高塑料的弹性强度 和耐磨性，以及硬度的热稳定性能。
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13
❖ 一、化学法
沉淀法
化
学
醇盐法
法
共沉淀法 均匀沉淀法
水热法
氧化、还原、分解、 合成、结晶等。
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14
1、沉淀法
❖ （1）共沉淀法：沉淀法是在原料溶液中添 加适当的沉淀剂，使原料溶液中的阳离子形 成各种形式的沉淀物。如果原料溶液中有多 种成分的阳离子，经沉淀反应后，就可以得 到各种成分均一的混合沉淀物，这就是所谓 的共沉淀法。
❖ 在制备过程中，需要特别重视的是洗涤操作。 因为原料溶液中的阴离子和沉淀剂中的阳离 子即使有少量没有清洗掉，也将会对产物超 细粉今后的烧结等性能产生不良影响。此外， 为防止干燥后的粉末聚结成团块，可用乙醇、 丙醇、异丙醇或异戊醇等分散剂进行适当的 分散处理。
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共沉淀法的缺点
❖ 在沉淀法的操作过程中，一般是向金属盐溶 液中直接滴加沉淀剂。这样势必造成沉淀剂 的局部浓度过高，使沉淀中极易夹带其它杂 质和粒度不均匀等问题。
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共沉淀法举例
❖ 利用该法可以制备含有两种以上金属元
素的复合氧化物超细粉。如向BaCl2和 TiCl4混合溶液中滴加草酸溶液，能沉淀 出BaTiO(C2O4)2·4H2O,经过滤、洗涤和 加热分解等处理，即可得到具有化学计
量组成的、所需晶型的BaTiO3超细粉。
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16
共沉淀过程中的注意事项
PVD法是利用电弧、高频电场或等离子体等高温热源将 原料加热，使之气化或形成等离子体，然后通过骤冷， 使之凝聚成各种形态(如晶须、薄片、晶粒等)的超细粒子。
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8
❖ 该方法特别适合于制备由液相法和固相法难 以直接合成的非氧化系（如金属、合金、氮 化物、碳化物等）的超细粉，粒径通常在0.1 微米(100纳米）以下，且分散性很好。
❖ 如：真空蒸发法
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2、化学气相沉积法（CVD法）
❖ CVD法是以金属蒸汽、挥发性金属卤化物或 氢化物或有机金属化合物等蒸汽为原料，进 行气相热分解反应，或两种以上单质或化合 物的反应，再凝聚生成超细粉。如用于制造 高熔点碳化物（如TaC钽）和高熔点氮化物 （如BN）以及氧化物（如SnO2、SiO2和TiO2等） 超细粉。
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21
❖ ②醇盐法： ❖ 所谓醇盐法就是利用金属醇盐的水解制备超
细粉体材料的一种方法。
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金属醇盐的特性
❖ ①一般具有挥发性 ❖ ②金属醇盐容易进行水解
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醇盐法应用举例
❖ Ba（OC3H7）2 、Ti（OC5H11）4等分 子混合后，经水解过滤干燥后得到
BaTiO3 。
剂，火箭固体燃料的助燃添加剂） ③其他特性，如磁性强，热传导好，对电磁波的
异常吸收等
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三、超细颗粒的制备方法 1、机械力
2、物理和化学方法
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粉体的生产方法：
机械法
沉淀法
物理和 化学法
化学法
醇盐法 水热法
……
物理法
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§2.1.1气相法（PVD和CVD）
1、物理气相沉积法（PVD法，physical vapor deposition）
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10
产品形态
❖ 此法制得的超细粉既有单晶和多晶，还有非 晶的。这主要是由制备条件决定的。其中多
晶粒子和非晶粒子在外形上一般呈球形，而
多数情况下生成的单晶粒子虽有棱角，但在 整体上也还是近似球状。
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§2.1.2 液相法
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❖ 液相法是目前实验室和工业上经常采用的制 备超细粉体材料的方法。该法的主要优点是 ①粒子的化学组成、形状、大小较易控制， ②易于均匀添加微量有效成分，在制备过程 中还③可以利用种种精制手段来提高纯度。 特别适合于制备组成均匀、纯度高的复合氧 化物超细粉体材料。液相法一般可分为物理 法和化学法两大类，其中化学法更常采用， 是一类应用广泛且实用价值较高的方法。
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（2）均匀沉淀法
❖ 在溶液中预先加入某种物质，然后通过控制 体系中的易控条件，间接控制化学反应，使 之缓慢地生成沉淀剂。只要控制好生成沉淀 剂的速度，就可以避免浓度不均匀现象，使 过饱和度控制在适当的范围内，从而控制粒 子的生长速度，获得粒径均匀、夹带少、纯 度高的超细粒子。这个方法就是均匀沉淀法。
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人
理论基础
现代化学 物理学
们 对
物
更深层次的认识
分析方法 精密测试技术
质 的 认
识
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由宏观认识深化到
量子化学
来
原子和电子一级的
结晶化学
越
微观状态
固体物理学
深
入
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第一节 超细化
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一、不同颗粒的粒径
二、超细颗粒的奇特性质
①低熔点:Ag(900℃→100℃） ②表面能增加，具有较高的化学活性（高效催化
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超细化应用举例
❖ 1、超细白炭黑 ❖ 2、超细碳酸钙 ❖ 3、纳米二氧化钛
Continue
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❖ 白炭黑属于硅系白色补强型粉体材料，是合 成水合硅酸和硅酸盐的总称，包括沉淀二氧 化硅、气相二氧化硅、CaSiO3、MgSiO3、 Al2(SiO3)3等。由于它们具有与炭黑媲美的 性能和外观上为白色的特性，故统称为白炭 黑。不过通常讲的白炭黑大多是指SiO2而言。
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3、水热法
❖ 水热法是指在水溶液中或大量水蒸气存在下， 以高温高压或高温常压下所进行的化学反应 过程。
2Hale Waihona Puke Baidu21
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二、物理法
❖ 物理法的主要过程是将溶解度大的盐的水溶 液雾化成小液滴，使其中的水分迅速蒸发， 而盐形成均匀的球状。如再将微细的盐粒加 热分解，即可制得氧化物超细粉。
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均匀沉淀法举例
❖ 该法常用的试剂有尿素。其水溶液在 70℃左右发生分解反应： （NH2）2CO＋3H2O→2NH4OH＋CO2 ↑
❖ 生成的NH4OH起到沉淀剂的作用。
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2、醇盐法
❖ ①金属醇盐： ❖ 金属醇盐是指金属置换醇中羟基的氢而生成
的含M－O－C－键的金属有机化合物的总称。 化学通式为M（OR）n，M为金属，R代表烷 基或烯丙基。
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❖ 炭黑有两个缺点： ❖ 一是生产能耗高，而且原料受能源的限制。
❖ 二是黑色不能满足人们对色彩的需要。
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超细白炭黑的应用
❖ ①白炭黑在橡胶中的应用：高补强填充材 料。
❖ ②在塑料中的应用：提高塑料的弹性强度 和耐磨性，以及硬度的热稳定性能。
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❖ 一、化学法
沉淀法
化
学
醇盐法
法
共沉淀法 均匀沉淀法
水热法
氧化、还原、分解、 合成、结晶等。
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1、沉淀法
❖ （1）共沉淀法：沉淀法是在原料溶液中添 加适当的沉淀剂，使原料溶液中的阳离子形 成各种形式的沉淀物。如果原料溶液中有多 种成分的阳离子，经沉淀反应后，就可以得 到各种成分均一的混合沉淀物，这就是所谓 的共沉淀法。
❖ 在制备过程中，需要特别重视的是洗涤操作。 因为原料溶液中的阴离子和沉淀剂中的阳离 子即使有少量没有清洗掉，也将会对产物超 细粉今后的烧结等性能产生不良影响。此外， 为防止干燥后的粉末聚结成团块，可用乙醇、 丙醇、异丙醇或异戊醇等分散剂进行适当的 分散处理。
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共沉淀法的缺点
❖ 在沉淀法的操作过程中，一般是向金属盐溶 液中直接滴加沉淀剂。这样势必造成沉淀剂 的局部浓度过高，使沉淀中极易夹带其它杂 质和粒度不均匀等问题。
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共沉淀法举例
❖ 利用该法可以制备含有两种以上金属元
素的复合氧化物超细粉。如向BaCl2和 TiCl4混合溶液中滴加草酸溶液，能沉淀 出BaTiO(C2O4)2·4H2O,经过滤、洗涤和 加热分解等处理，即可得到具有化学计
量组成的、所需晶型的BaTiO3超细粉。
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共沉淀过程中的注意事项
PVD法是利用电弧、高频电场或等离子体等高温热源将 原料加热，使之气化或形成等离子体，然后通过骤冷， 使之凝聚成各种形态(如晶须、薄片、晶粒等)的超细粒子。
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❖ 该方法特别适合于制备由液相法和固相法难 以直接合成的非氧化系（如金属、合金、氮 化物、碳化物等）的超细粉，粒径通常在0.1 微米(100纳米）以下，且分散性很好。
❖ 如：真空蒸发法
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2、化学气相沉积法（CVD法）
❖ CVD法是以金属蒸汽、挥发性金属卤化物或 氢化物或有机金属化合物等蒸汽为原料，进 行气相热分解反应，或两种以上单质或化合 物的反应，再凝聚生成超细粉。如用于制造 高熔点碳化物（如TaC钽）和高熔点氮化物 （如BN）以及氧化物（如SnO2、SiO2和TiO2等） 超细粉。
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❖ ②醇盐法： ❖ 所谓醇盐法就是利用金属醇盐的水解制备超
细粉体材料的一种方法。
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金属醇盐的特性
❖ ①一般具有挥发性 ❖ ②金属醇盐容易进行水解
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醇盐法应用举例
❖ Ba（OC3H7）2 、Ti（OC5H11）4等分 子混合后，经水解过滤干燥后得到
BaTiO3 。
剂，火箭固体燃料的助燃添加剂） ③其他特性，如磁性强，热传导好，对电磁波的
异常吸收等
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三、超细颗粒的制备方法 1、机械力
2、物理和化学方法
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粉体的生产方法：
机械法
沉淀法
物理和 化学法
化学法
醇盐法 水热法
……
物理法
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§2.1.1气相法（PVD和CVD）
1、物理气相沉积法（PVD法，physical vapor deposition）
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产品形态
❖ 此法制得的超细粉既有单晶和多晶，还有非 晶的。这主要是由制备条件决定的。其中多
晶粒子和非晶粒子在外形上一般呈球形，而
多数情况下生成的单晶粒子虽有棱角，但在 整体上也还是近似球状。
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§2.1.2 液相法
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❖ 液相法是目前实验室和工业上经常采用的制 备超细粉体材料的方法。该法的主要优点是 ①粒子的化学组成、形状、大小较易控制， ②易于均匀添加微量有效成分，在制备过程 中还③可以利用种种精制手段来提高纯度。 特别适合于制备组成均匀、纯度高的复合氧 化物超细粉体材料。液相法一般可分为物理 法和化学法两大类，其中化学法更常采用， 是一类应用广泛且实用价值较高的方法。
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（2）均匀沉淀法
❖ 在溶液中预先加入某种物质，然后通过控制 体系中的易控条件，间接控制化学反应，使 之缓慢地生成沉淀剂。只要控制好生成沉淀 剂的速度，就可以避免浓度不均匀现象，使 过饱和度控制在适当的范围内，从而控制粒 子的生长速度，获得粒径均匀、夹带少、纯 度高的超细粒子。这个方法就是均匀沉淀法。