水热和溶剂热合成原理、特点和科学应用

1、高压合成法的分类：1水热、溶剂热合成 液体作为传压介质，反响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。 无机晶体材料的溶剂热合成研究是近二十年开展起来的，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。1、水热与溶剂热合成的概念及原理2、水

2、热与溶剂热合成的的特点3、水热与溶剂热合成的应用4、超临界合成反响及其应用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、水热反响或溶剂热反响的根本类型及应用8、新型的水热合成技术目录：水热与溶剂热合成：在一定温度(100-1000)和压力(1-100MPa) 条件下，利用溶液中物质化学反响所进行的合成。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。1、 水热与溶剂热合成的概念及原理广义地水热法：是指在特制的密闭反响器(高压釜)中,采用水溶液作为反响体系,通过对反响体系加热加压(或自生蒸汽压),创造一个相对高温、高压的反响环境,使通常难溶或不溶的物

3、质溶解并且重结晶或反响)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 CrBe3Al2Si6O18 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。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、高压溶液物质结构物质凝聚态物质稳定性均匀性、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、异价结晶性好,纯净,无需热处理2、水热与溶剂热合成的特点高反响活性:由于反响物反

4、响性能的改变、活性的提高，水热与溶剂热合成法有可能代替固相反响以及难于进行的合成反响。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。 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。3、水热与溶剂热合成的应用难合成物质、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 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。 可控性好:由于易于调节水热与溶剂热条件下的环境气

5、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。 制备单晶、人工晶体特殊结构(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。亚临界 反响温度在100240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响。超临界合成反响 利用作为反响介质的水在超临界状态下的性质和反响物质在高温高压水热条件下的特殊性质进行合成反响。 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。 水热与溶剂热反响按反响温度的分类:4、超临界合成反响及其应用 最具开展前景的利用：超临

6、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。超临界水氧化与其实际应用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根本设备。高压容器高压斧、反响釜Autoclaves玻璃反响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。不锈钢反响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。但对于不锈钢反响釜来说，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升卧式高压反响釜立式高压反响釜磁力密封高压釜1是磁力传动装置应用于大型反响设备的典型创新；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，

7、无任何泄漏和污染，3进行易燃、易爆、有毒介质的化学反响，更加显示出它的优越性。6.1 水热法合成程序选择反响物料；确定合成物料的配方；配料程序摸索，混料搅拌；装釜，封釜；确定反响温度、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，枯燥；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。6、水热与溶剂热合成的制备过程、工艺控制水热反响的影响因素温度温度梯度压力填充度水热处理时间 固含量 溶液pH值 矿化剂的选择及浓度 分散剂的选择及浓度 加料方式6.2 反响工艺控制水热法中微晶生长速率与反响条件的关系：温度：填充度一定时,反响温度越高,晶体生长速率越大;压力

8、：在相同的反响温度下, 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T：在一定的反响温度(指溶解区温度)和填充度下,T越大,反响速率越大;填充度：在一定的反响温度下,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。(5080)7. 水热反响或溶剂热反响的根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响称为水热反响Hydrothermal Reactions或溶剂热反响( Solvothermal Reactions)。合成反响 热处理反响 转晶反响离子交换反响 单晶培育 脱水反响分解反响 提取反响 氧化反响沉淀反响 晶化反响 水解反响 烧结反响 反

9、响烧结 水热热压反响纳米羟基磷灰石(n-HAP)的超声波辅助水热合成 结果：在控制水热合成温度200C、时间8h,气泡室的微环境促进n-HAP晶核的生成,使得晶核的生长速度大于晶粒的生长速度,制得的n-HAP晶体粒度小晶轴方向尺寸约79 nm,端面尺寸约48nm晶粒饱满。作业：1、水热与溶剂热合成的特点及应用？2、超临界水氧化的应用？3、举一个水热与溶剂热合成材料的实例。 反响类型、设备、制备过程、工艺控制、产物结构与性能温度梯度的影响晶体生长得很快,但是往往出现网状开裂，沿籽晶面开裂、双晶、并常常伴有自发成核杂乱堆积的小晶体生成。晶体生长速度又快,质量又好。高质量的晶体在该段产生。晶体生长的

10、速度很慢。该段下部有时晶体不但不长,还会出现籽晶溶解变小的现象。T大，不稳过饱和区T适中，亚稳过饱和区T小，稳定区水的p-T图不同填充度下水的压力-温度图FC-P-T图在工作条件下，压力大致依赖于反响容器中原始溶剂的填充度。填充度通常在50-80为宜，压力是在0.020.3GPa。溶液pH值的影响制备镍锌铁氧体：晶相组成：XRD说明:pH值过低时,镍锌铁氧体的衍射峰不明显,pH过高时, 制得粉体的衍射峰中有杂峰。磁性能：随着pH值的升高,饱和磁化强度增大,当到达10.5以后,饱和磁化强度开始下降。最正确pH值为10.5。制备纳米SnO2：反响程度：当初始酸浓度过低时,反响不完全,SnO2中含有Sn粒,当酸浓度过高时,H+剩余在SnO2产品中。内容回忆：水热法：是指在特制的密闭反响器(高压釜)中,采用水溶液作为反响体系,通过对反响体系加热加压(或自生蒸汽压),创造一个相对高温、高压的反响环境,使通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶或反响)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 CrBe3Al2Si6O18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