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前面大概给大家介绍了

水热合成法和溶剂热的合成方法

水热合成实际上可以认为是溶剂热合成的特例

为了阐明溶剂热合成的特点

不再过多的去讨论各种溶剂的作用

希望通过典型的水热合成

让大家去深入地去思考和学习溶剂热的特色

后面的内容主要都是以水热合成的例子来探讨

水热合成的特点和工艺

这里要强调一点

为了便于跟催化剂的领域进行衔接

后面讲的这水热合成基本上所有例子

都是围绕水热合成沸石分子筛为例子展开的

下面来看一下水热合成的工艺条件

这里给出了水热合成的一般的工艺

既包含沸石分子筛也包含氧化物 硫化物等等

一般来说要采用首先要选择合适的反应物

还有反应介质

同时确定组成 浓度 配方是再优化配料的顺序

哪种物质先加哪种物质后加

最后得到混合物

把它进行装釜 封釜

在一定的确定的温度 压力下进行晶化处理

再进行分离 洗涤 处理就得到催化材料

这里要给大家说 这个工艺实际上可以把它分为两个部分

一个部分是优化配料顺序的这部分工作

实际上这部分工作就是前面讲的沉淀法 共沉淀法

或是溶胶-凝胶法的应用

当然也有可能是金属溶液化学 水溶液化学

不同的金属溶液的混合生成络合物的过程

后面是这才是真正的在水热体系下的所发生的反应

那总结起来可能涉及到

水热条件下的水解缩合反应或者还原反应

或是结晶动力学

到这通过这个工艺

很显然就可以看到个沉淀法

溶胶-凝胶法跟水热法实际上是一脉相承的

就是很多时候沉淀法 共沉淀法

或溶胶-凝胶法里面的影响规律

也适用于水热合成法的影响规律

特别是在决定水热合成原料的物性的基础上

水热法跟沉淀法和溶胶凝胶法所不同的是

还有一部分非常重要的工作

就是在水热条件下的新反应的研究

来看一下或者重点来关注一下

这种在水热体系条件下

有哪些因素是影响到整个催化材料制备的关键

首先看一下反应的装置里面用的溶剂

既然用水是在密闭条件下而且一定要一定的温度

首先来看一下水在不同的温度下饱和蒸气压 可以看到

温度越高 压强越大

特别是在大概在300多度的时候

它达到了超临界状态

这个时候压力是220个大气压

压力是非常大的

这是纯水体系下

水热合成体系 特别是沸石分子筛

还有一个体系叫做是固体和液体

装在密闭釜器里面

这个时候有一百毫升的釜

可能加入40毫升 加入30毫升 加入50毫升会导致

会使得它剩余的空间是不一样的

这样在不同温度下 可能会出现它压力发生变化

水热合成有个非常重要的概念就是装满度

反应混合物占密闭休系

反应釜的空间

这装满度影响到整个实验的合成的成败以及安全性

这张图给出了是在反应釜里面

不同装满度条件下

随着温度变化压力的变化范围

装满度非常低的条件下

它可能走的是这样一条 比如10%

是随着温度增加它逐渐增加的

如果装满度从

10 20 30 40 50 60到70 80 90左右

会发现在这个时候 随着装满度越多

随着温度升高 特别是从

大家看一下这个点

从大约100度开始

压力装满度不同

压力上升程度是不一样的

这个告诉我们水热合成有个非常特殊的要求

或者特殊的现象就是

可能在釜里面它装满的程度

或者比例不一样

可能产生的压力体系不一样

最终得到了催化剂的产物可能是不一样的

可以看到

早期在研究过程中就发现了水热合成的体系里面

这种装满度的影响

一般发现在接近超临界的温度条件下

如果把反应物体系里面

装大概32%的液体和固体的混合物

这个时候会发现在临界状态它整个釜里面会物料

把整个釜都是填满了物料 温度比较高的条件下

当装满超过80% 这个温度是进一步下降的

由374降到了245

这个基础研究重要结果

告诉一个非常重要的要求就是说

同学们在做水热合成纳米材料的时候一定要注意装满度

我们不再去继续阐述为装满度跟合成的关系

只是告诉大家通用的或是非常重要的就是

如果用于合成沸石分子筛

一般要求的是为了保证实验的重复性

为保证合成的有效性一般要求的是

装满度通常为60－80%

这个是 大多数刚进入实验室

从事科学研究的同学往往会忽略的

就是有很多同学要去重复实验室前期研究成果

特别沸石分子筛

往往一般考虑的是 配方是

但是这个时候很多同学可能会忘了

用的反应容器比如反应釜

如果你们前面的 前期的研究者做的是

500毫升的反应釜

而你做的是 5升的反应釜

如果还用同样的物料那很显然装满度肯定是不一样的

这个就要求为了保证实验的重现性和合成有效性

要求水热合成 装满度大概在60%到80%左右

这个时候可以保证

基本上在水热合成体系条件下

压力范围是很接近的

这样可以保证水热合成的重现性

另外为什么要强调这一点60%到80%

前面还说了80%时 温度到245度的时候

整个物料就充满了整个反应釜

就要求大家要注意在水热合成中

希望同学们注意非常重要的

安全的操作就是实验室的沸石分子筛合成

最好不要超过250摄氏度

因为这个时候如果超过这250摄氏度

很容易发生危险的事故

可以看一下超临界状态下

压力大概是在220个大气压

如果是装填度非常高的条件下

超过250摄氏度在300度400度的条件下

很显然这个时候就出现很大的危险

这也是为什么经常要求

在沸石分子筛合成中

特别用于晶化的烘箱里面

最好有过温保护装置

如果过温保护装置 没有过温保护装置

出现飞温或超温的时候

很容易出现实验事故的

在讲水热合成的化学和物理本质之前

首先给大家强调一点就是

水热合成的危险性

通过大家非常容易忽略的实验细节

给大家强调一点特殊条件下不要做

非常高温的水热合成条件

如果大家比较有耐心或有信心去观察 基本上可以发现

沸石分子筛合成

水热合成条件一般都是在

大于100度到200度的范围内进行合成的

很少看到有这种超过250摄氏度的水热条件的合成的

希望引起同学们的重视

分子筛合成里面的常见的工艺

这里面因为有很多的关于沸石分子筛合成的一些教科书

会讲到沸石分子筛合成影响因素

这里不再一一介绍

只是给大家总结一下

考察的主要是硅源 铝源的种类 浓度配比

还有模板剂的用量 种类

还有水硅比

就水的用量 还有碱硅比 碱度pH值

还有晶化温度 晶化时间等等

都会影响到整个水热合成沸石分子筛的性质