微波与等离子体下无机合成

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微波谱
1~25cm波长范围用于雷达， 其它波长范围用于无线电通讯，
国际无线电通讯协会(CCIP)规定： 家用微波炉使用频率为2450 MHz(波长12.2cm), 工业加热设备使用频率为915MHz(波长32.8cm). 不干扰雷达和无线电通讯。
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就目前结果看，微波加热法，将会引起沸石分子筛化学界 的研究兴趣。
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微波固相反应
无机固体物质制备中，目前使用方法有： 陶瓷法，高压法, 水热法，sol—gel法, 电弧法，熔渣法和CVD法等。
这些方法中，有的需要高温或高压；有的 难以得到均匀的产物；有的制备装置过于 复杂．昂贵，反应条件苛刻，反应周期太 长。
即:
tan ＝ ’’/’ .
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。
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介电耗散因子
微波加热机制部分地取决于样品的介电耗散因子 tanδ大小。
当微波能进入样品时，样品的耗散因子决定了样品 吸收能量的速率。
吸收微波能物质，其tanδ是一确定值。微波能通过 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。
微波穿透深度：
从样品表面到内部功率衰减到一半的截面的距离。 该参数在设计微波实验时很重要。超过此深度，透 入的微波能量很小，此时加热主要通过热传导。
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介电耗散因子
金属材料反射微波，其吸收的微波能为零。
可透射微波材料(如玻璃、陶瓷、聚四氟乙 烯等)或非极性介质，微波可完全透过，材 料不吸收微波能而发热很少或不发热． 原因：分子较大，交变微波场中不能旋转。
第11章 微波与等离子体合成
1.微波加热原理 2.微波辐射法在无机合成中的应用 3.微波等离子体化学
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1. 微波加热原理-概 述
微波(microwave)在整个电磁波谱中的位置如图所示， 通常指波长为1m到0.1mm (频率:300 MHz~3000GHz)
范围内的电磁波。
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沸石分子筛的离子交换
微波加热进行沸石离子交换具有方便、快速、交换度高，
可交换常规方法不易进入的离子，尤其适用于实验室制ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 小批量离子交换型沸石分子筛；
若能制造较大加热室的微波炉并加装回流冷凝装置和连续 加料/出料系统，也可用于制备较大批量样品；
关于交换机理、热力学、动力学和交换度、交换率以及与 常规方法制备的样品在离子占位、配位环境和理化性能等 方面比较工作都有待于进一步的研究；
用微波辐射法合成出NaX沸石，是以工业水玻璃作 硅源，以NaAlO2作铝源，以NaOH调节反应混合物 的碱度，具体配比(物质的量的比)为:
SiO2/Al2O3=2.3,Na2O/SiO2=1.4,H2O/SiO2＝57
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NaX沸石的微波合成
反应混合物搅拌均匀后，封入TFL反应釜中，置于 微波炉中(650W,2450MHz,1-3挡)辐射30分钟．处 理得NaX分子筛．
用同样配比反应混合物，采用电烘箱加热，100℃ 下晶化17h得NaX分子筛。
比较反应的时间，可看出微波辐射方法的优越性: 节省时间，降低能耗。
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微波合成沸石分子筛的优点
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，以及在 用传统方法合成不出的一些分子筛等方面会 取得突破。
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微波固相反应
微波能直接穿透样品，里外同时加热，不需传热过 程，瞬时可达所需温度；
微波加热的热能利用率很高(能达50％-70％),节约能 源，调节微波输出功率，可调节样品的加热，便于进 行自动控制和连续操作；
微波加热在短时间内将能量转移给样品，使样品本身 发热，微波设备不辐射能量，可避免环境高温，改善 工作环境；
常用水热晶化法。条件要求苛刻，周期较 长，釜垢浪费严重；
微波辐射晶化法:是1988年发展起来的新合
成技术。具有条件温和、能耗低、反应速
率快、粒度均一且小的特点。
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NaX沸石的微波合成
NaX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。
这样
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微波除热效应外，还有非热效应，可以有选择加热。
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Pb3O4的微波法制备
固相反应：PbO 470C加热30h，得Pb3O4，
微波法: 500W, 辐照PbO230min，可定量制备Pb3O4。
PbO2强烈吸收微波，而Pb3O4不吸收微波， 随着反应进行，体系温度下降，
这样可选择性控制PbO2的分解，只生成Pb3O4, 而不生成PbO和Pb。
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2.微波辐射在无机合成中的应用
沸石分子筛的合成与离子交换； 微波固相反应； 多孔材料上无机盐的高分散； 稀土磷酸盐发光材料的微波合成(略)。
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沸石分子筛的合成
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。
微波加热
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。
水、醇类、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．
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微波加热
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。
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微波加热
微波加热是一种介电加热效应。
微波介电加热中，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：
介电常数’和介电损耗’’。
’: 描述分子被电场极化的能力，也可认为是样品阻止微 波
能通过能力的量度。
’’: 电磁辐射转变为热量的效率量度。
介电损耗’ ’和介电常数’的比值定义为介电损耗正切 (也称介电耗散因子)，