精细化工概论2.5-2.7.ppt

1 2 5薄膜化 2 一 无机膜的特点膜和膜过程是20世纪60年代开始发展起来的新型分离技术 以其高效 节能和对环境友好的特长而正在广泛地取代旧工艺 无机膜 陶瓷 玻璃 金属及其复合材料膜 作为一类新型膜材料 跟已经广泛商品化的高聚物膜相比 具有许多优良的特征 3 无机膜的特征 1 化学稳定性 耐酸碱 不怕有机溶剂 2 热稳定性好 3 抗菌性能优异 4 机械性能好 可在高压下操作以获得较快的渗透率 5 洁净无毒 6 抗积垢易再生 4 二 纳米薄膜及其独特的性能 1 纳米晶粒薄膜 纳米单层或多层膜纳米薄膜是指由尺寸在纳米量级的晶粒 或颗粒 构成的薄膜 或将纳米晶粒镶嵌于某种薄膜中构成的复合薄膜 如Ge SiO2 将Ge镶嵌于SiO2薄膜中 以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜 有时也称为纳米晶粒薄膜和纳米多层薄膜 锗 碳硅锗锡铅类金属 性质与锡类似 5 2 其性能强烈依赖于晶粒 颗粒 尺寸 膜的厚度 薄膜粗糙度及多层膜的结构 这也就是目前纳米薄膜研究的主要内容 如巨电导 如SiO2 Au薄膜 电导增加了14个数量级 6 三 难得的金属耐蚀保护膜 1 非晶态合金薄膜特点 无晶界的 高度均匀的单相体系 晶态缺陷 位错 曾错 空穴 成分偏析 如晶态Ni P合金2 制备方法 通过化学催化反应在金属或非金属表面沉积一层非晶态物质 3 应用 金属耐蚀保护膜 7 四 多功能薄膜 SnO2 1 SnO2的性质二氧化锡具有良好的吸附性及化学稳定性 因此容易沉积在诸如玻璃 陶瓷材料 氧化体材料及其他种类的衬底材料上 continue 8 二氧化锡性质 Mp 1630 在1800 1900 下升华 不溶于水 较难溶于酸 在浓硫酸中长期加热能溶解 对空气和热都稳定 与强碱共熔可生成可溶性锡酸盐 9 2 SnO2薄膜及其应用二氧化锡薄膜有纯二氧化锡薄膜 掺杂膜 复合膜 其中掺锑 掺磷 掺氟的二氧化锡薄膜的应用最广 二氧化锡薄膜的用途 薄膜电阻器 透明电极 气敏传感器 太阳能电池 热反射镜 光电子器件 电热转换等 氮磷砷锑铋 10 3 制备方法二氧化锡薄膜的制备工艺简单 工艺类型繁多 较常使用的方法有化学气相淀积工艺 喷涂热解工艺 溅射工艺 蒸发工艺 11 五 电子信息材料之最 1 半导体超薄膜层结构材料2 计算机存储器 12 2 6纤维化 13 一 无机纤维及其复合材料优点 无机纤维就形态而言大致可分为 单晶纤维 即晶须 短纤维 连续纤维 主要的无机纤维 天然石棉 隔热 隔音 过滤轻质材料 碳纤维 玻璃纤维 氧化铝和碳化硅纤维 保温 隔热 隔音 耐火 耐腐蚀的节能材料 经济效益社会效益生态效益 高性能无机纤维 碳纤维 硼纤维 碳化纤维和氧化铝纤维 14 高性能纤维增强复合材料具有如下优点 1 比强度和比刚度高 2 高温性能好 3 抗疲劳和抗热震性良好 4 使用寿命长 材料的强度除以密度称为比强度 材料的刚度除以密度称为比刚度 15 二 氧化铝纤维 多晶陶瓷纤维 1 组成 主要成分Al2O3 含有少量SiO2 B2O3 MgO等 是一种多晶陶瓷纤维 具有长纤 短纤 晶须等多种形式 16 2 氧化铝纤维的优点 可以在更高的温度下保持很好的拉伸强度 有望应用在1400 以上的高温场合 表面活性好 易于与金属 陶瓷等基体复合 17 还具有热导率小 热膨胀系数低 抗热震性好等优点 具有较高的性价比和商业价值 广泛应用于军用 民用复合材料工业上的重要增强体材料 18 3 氧化铝纤维的用途 增强纤维 耐火绝热材料 质轻 导热性低 热容小 热稳定性和机械稳定性高 用于高温炉 电炉 原子反应堆等处 过滤材料 催化剂载体 19 三 碳化硅纤维 SiC 高温稳定性 隔绝空气加热至2700 才升华 碳化硅的硬度很大 具有优良的导热和导电性能 高温时能抗氧化 20 1 碳化硅纤维的性能 拉伸强度和拉伸模量高 密度低 耐热性好 在空气中可长期在1000 1100 下使用 与金属反应小 浸润性好 在1000 以下几乎不与金属发生反应 耐腐蚀性能优异 21 2 碳化硅纤维的应用 高温耐热材料 如热屏蔽材料 耐高温输送带 高温气体或熔融金属的滤布等 树脂基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 异形纤维 22 2 7磷的化合物 23 白磷 红磷 400 隔绝空气 磷酸的各种形式 偏磷酸 焦磷酸 正磷酸 continue 24 白磷 分子式P4 是无色或黄色的有大蒜气味的蜡状固体 不溶于水而溶于CS2 白磷是磷最不稳定的形势 它和空气或潮气接触时发生缓慢氧化作用 部分能量以光能的形式放出 这便是白磷在暗中发光的原因 称为磷光 白磷在空气这慢慢氧化 当表面上积聚的热量使温度达到40 时 便达到了白磷的燃点 将引起自燃 因此白磷保存在冷水中 此外白磷受撞击 摩擦或与氯盐酸等氧化剂接触会立即着火甚至爆炸 还有 白磷属于剧毒品 包括与皮肤接触造成的吸收中毒 若皮肤不慎接触白磷 可在接触处涂0 2mg lCuSO4溶液 25 磷酸盐是无机盐工业中的重要产品系列 由于在新领域 新技术 新兴产业中越来越得到广泛地使用 磷酸盐正在从肥料时代转向功能材料时代 由于磷酸盐不断地向更多产业部门渗透 特别是尖端科学和新兴产业部门 使磷酸盐已逐渐成为国民经济中具有重要作用的一个系列品种 26 一 氯化磷酸三钠 1 氯化磷酸三钠的物理化学性质和主要用途 化学性质 氯化磷酸三钠是一种带结晶水的复盐 通用的表达式为4 Na3PO4 11H2O NaOCl 纯品为无色透明结晶 一般外观为白色针状结晶或白绵糖状粉末 易吸潮 易结块 产品稳定性差 有微氯味 在受热及暴露于非常干燥的空气中时 易风化失去结晶水及活性氯 该物质无毒 27 主要用途 氯化磷酸三钠是一种优质的洗涤 漂白 杀菌剂 可用于食品加工过程的清洗消毒 也可用于饮食行业作清洗剂 用于餐具的去污 消毒 用于水果蔬菜的保鲜 消毒 该物质有缓和的漂白作用 可以很容易地去除食品和饮料造成的色斑 还可与大多数碱性洗涤剂组分配制成消毒型的洗涤用品 以提高洗涤用品的去污能力 28 2 氯化磷酸三钠的制备方法 氯化磷酸三钠的制备方法很多 概括起来可分为两类 29 第一种制备方法 30 操作中 将磷酸三钠和含有效氯1 5 的次氯酸钠相混合后 原料配比以次氯酸钠过量为宜 反应中主要控制混合反应的温度和混合时间 通常温度不超过90 混合时间约半小时 温度过高或时间过长 都会使产物中有效氯降低 将反应物移出体系 冷却结晶 冷却时冷却速度越快越好 结晶体再经分离干燥即得成品 干燥时温度不宜太高 以常温为宜 31 第二种制备方法 32 采用该法可得到有效氯含量高的产品 碱的过量系数应大于1 2 氯气的过量系数应大于1 3 33 二 六偏磷酸钠 化学性质 六偏磷酸钠属于缩聚磷酸盐 它是Na2O P2O5 摩尔比近于1的玻璃状缩聚磷酸盐 外观为无色透明状或白色粒状结晶 密度2 484g cm3 熔点616 同时分解 该物质易溶于水 不溶于有机溶剂 吸湿性能强 露置空气中能吸取水分而呈粘胶状物 它与其他聚磷酸盐一样具有水解性 在水溶液中水解 向较小聚合度的盐转化 直到变为正磷酸盐 能与碱土金属化合成可溶性复盐 能软化豆类硬壳 对肉类中的金属离子有螯合作用 能防止过氧化氢 次氯酸盐及易氧化分解的有机物等的自然分解作用 且具有分散性 胶溶性和对金属表面的防蚀性等 34 35 主要用途 六偏磷酸钠主要用作食品添加剂和良好的软水剂 在食品工业中用作为品质改良剂 pH值调节剂 金属离子螯合剂 膨胀剂等 用于水处理方面 主要作锅炉用水的软水剂 缓蚀剂 印染染浴软水剂 用于造纸工业作扩散剂 用于洗涤剂工业作金属表面清洁剂 用于制革工业作鞣革剂和染色剂 化纤工业用以除去浆粕中的铁质 以及用于采矿 钻井等 36 食品添加剂 香肠 火腿 持水率果汁 粘稠 防止维生素c分解牛奶 螯合金属离子 37 2 生产方法 38 工艺条件的控制 操作中 将原料磷酸 85 和纯碱溶液 50 按Na2O P2O5 摩尔比为1 1的用量 在不断搅拌下 使磷酸以一定速度加入到已置于反应釜的纯碱溶液中 使其进行中和反应 调整中和液的pH值为4 4 降低温度至70 慢慢加入适量的硫化钠于溶液中 并保温2h 然后滤去沉淀杂质 使溶液达到精制目的 精制后的溶液进行加温脱水和缩聚 直至温度升至630 以上 控制好上述条件即可制得具有一定聚合度的熔融体 此时若将熔融物急冷 便可得到六偏磷酸钠玻璃体 39 三 聚磷酸铵 物理化学性质 聚磷酸铵属聚磷酸盐 短链聚磷酸铵具有一定的吸湿性 其吸湿性随氨化程度增加和聚合度增高而降低 长链聚磷酸铵产品为白色粉状晶体 疏松不结块 不吸潮 流动性能好 聚磷酸铵高温下分解 约在350 聚磷酸铵的分解压力为0 1MPa时 放出氨 生成非挥发性磷氧化物或聚磷酸等的薄膜 使膜下物质与空气中氧隔绝 故聚磷酸铵具有阻燃性 40 主要用途a 大量用作高浓度二元复合肥料 低聚合度的 水溶性的 b 大量用作塑料 天然纤维 木材 橡胶 纸张等的阻燃剂 高聚合度的 水难溶性的 c 制成难燃制品 可以配制防潮耐火涂料 用于船舶 火车 高层建筑物以及电缆等的阻燃处理 d 还可以做成干粉灭火剂用于森林 煤田等的大面积灭火 41 2 生产方法聚磷酸铵按其所用的原料不同有不同的制法 工业上常以磷酸氢二铵 或磷酸二氢铵 和五氧化二磷为基本原料 在过量氨的存在下 进行高温缩聚反应 其反应式可表示为 NH4 2HPO4 P2O5 NH3 3 n NH4PO3 n 42 工艺参数的选择该反应是将磷酸氢二铵 或磷酸二氢铵 和五氧化二磷按一定摩尔比加入到反应器中混合 在研磨下升温至 280 300 之间通入氨气 保持一定的氨气压力 反应 1 5 2 h 可制得平均聚合度100左右的白色粉状物 冷却后过筛可得长链聚磷酸铵产品 43 四 磷酸二氢铝 物理化学性质磷酸二氢铝的分子式为A1 H2PO4 3 分子量为317 94 其产品为无色无味极粘稠的液体或白色粉状结晶 该物质易溶于水 44 主要用途该产品是一种新的无机合成材料 常温下硬化 它具有化学结合力强 耐高温 抗震 抗剥落 耐高温气流冲刷的特性 并具有很好的红外线吸收能力和良好的绝缘性能 故可用于电气工业 高温窑炉 热处理电阻炉和电气的绝缘 也