水热与溶剂热合成的的原理、特点与应用

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•10升卧式高压反应釜
•立式高压反应釜
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•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。
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•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
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•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。
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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。
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。
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。
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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。
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。
水热与溶剂热合成的的 原理、特点与应用
路漫漫其悠远 2020/4/2
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
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• 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。 • 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。
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。
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•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
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•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
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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 、
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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 。
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水热法制备祖母绿 CrBe3Al2[Si6O18]
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•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。
•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。
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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
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•2、水热与溶剂热合成的特点
•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
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•高温、 •高压溶液
•物质结构 •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
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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
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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。
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•高压容器（高压斧、反应釜Autoclaves）
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•6、水热与溶剂热合成的制备过程、工艺控制
6.1 水热法合成程序
选择反应物料；
确定合成物料的配方；、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；