超声化学法PPT课件

超声化学法,1,.,超声化学法目录,05,2,.,超声化学法含义及其原理,含义及原理：超声化学,就是利用超声波来加速物质的化学反应或启动新的反应途径或改善其溶解、结晶、分配等物化性能,以提高化学反应产率或获得新的化学反应物质或提高物质的分离、提取效率。超声波是频率为2*1010Hz的声波,超声波在传播的过程中,超声波与媒质的相互作用,可以使超声波的相位和幅度等发生变化;功率超声波会使媒质的状态、组成、结构和功能等发生变化。这类变化称为超声效应。超声波与媒质的这种相互作用机制可分为热机制、机械(力学)机制和空化机制三种(有学者把后两者合称为非热机制)。,3,.,超声化学法相互作用机制,1.空化理论,附着在固体杂质、微尘、容器表面上及细缝中的微气泡或因结构不均匀造成液体内抗张强度减弱的微小区域中析出的溶解气体等都可以构成这种微小的泡核。当超声波作用于液体介质时，在负压区内介质分子间的平均距离会超过液体介质保持不变的临界分子距离，使得液体介质断裂，形成微泡,即空化泡。空化泡崩溃时，极短的时间内在空化泡周围的极小空间内，将产生瞬间的高温(5000K)和高压(1800atm)及超过1010K/s的冷却速度，并伴随强烈的冲击波和(或)时速达400km的射流甚至放电发光作用。,4,.,超声化学法相互作用机制,2.自由基氧化理论空化泡绝热崩溃时产生的高温高压（5500和50662101325kPa）足以使H2O分子（水分子中O-H键能为500kJ/mol）分解为H和OH自由基：H2OH+OH3.超临界水氧化,当有机物和氧溶解于超临界水中时,它们在高温单一相状态下密切接触,在没有内部相转移限制和有效的高温下,氧化反应迅速完成(几秒至几分钟),有机物的去除率一般在99%以上,5,.,超声化学法应用,在加成反应(亲电、亲核、环加成等)、取代反应(亲电、亲核)和氧化还原反应中都有应用。,苯类、酚类、氯代苯类、氯代苯酚类、硝基苯类、硝基苯酚类、氯代烷烃，水污染控制。,在粮油食品的分析测试、包装、清洗、干燥、乳化、陈化、结晶、分离、革取、澄清、化学合成、杀菌、酶研究等方面的应用,6,.,超声化学法应用之含乙烯基基团的聚硅烷的合成,含乙烯基基团的聚硅烷的合成与表征聚硅烷是一类主链完全由硅原子组成的无机高分子化合物,其侧基R一般为饱和或不饱和烷基、芳基或其他官能基团.聚硅烷主链的硅原子3d轨道为空轨道,使主链的电子在聚合链主链上广泛离域,形成共轭聚合物.对聚硅烷的研究曾因其不溶不熔而在低谷徘徊了近50年.以甲基乙烯基二氯硅烷为单体,采用超声钠缩合法合成聚(甲基-乙烯基)硅烷;结果表明,聚(甲基-乙烯基)硅烷产物产率从2%提高到了28%;各种产物聚硅烷中均含有大量乙烯基基团,有利于进一步进行其他官能化反应.,7,.,超声化学法应用之含乙烯基基团的聚硅烷的合成,在采用传统的Wurtz钠缩合法合成聚甲基乙烯基二氯硅烷时,由于温度过高,需在高于钠的熔点(97)下进行,常使得侧链上的乙烯基基团之间发生交联,而钠表面又会被生成的聚合物和氯化钠覆盖,从而使得它的反应速率降低,这样就需要很长的反应时间才能达到一定的产率.过长的反应时间在一定程度上又使得产物有了降解或热解,分子量分布宽,而大子量产物的比例也比较小,仅得少量可溶性聚合物,产率不足2%.而超声振荡则是一物理效应,它短时间内能在局部提供大量的能量,并通过超声气流使Na表面受损,不断产生新的表面,从而使反应在低温下容易进行.而在Na表面产生的硅阴离子又加速了引发过程,提高了反应速率,这样使得反应的时间也得到了缩短.反应温度的降低和反应时间的缩短降低了乙烯基发生交联的可能,从而使产物产率得到了大幅提高。,8,.,产物的紫外吸收光谱分子整体共轭程度增大,紫外最大吸收波长蓝移更加明显,产物的TGA曲线聚硅烷作为一类独特的光电功能材料,在加工、开发和应用的过程中,其耐热性和热稳定性是极其重要的指标之一具有更加良好的热稳定性,超声化学法应用之含乙烯基基团的聚硅烷的合成,9,.,超声化学法应用之有机农药硫磷的分解,有机农药硫磷的分解A.Kotronarou等人研究了有机农药对硫磷在超声波幅照下可发生以下反应从而生成对人体无害的物质。高效、低耗。,10,.,在超声波的作用下,采用钦白厂副产品硫酸亚铁和工业级碳酸氢钱作为原料,首先在搅拌作用下采用滴加方式得到沉淀中间体,添加适量的表面活性剂,然后加入超声波作用,并通入一定量的空气,沉淀物氧化完全后得到一胶体,将该产物多次过滤洗涤后,烘干,即得氧化铁黄。在一定的温度下锻烧一段时间得纳米氧化铁红粒子。,超声化学法纳米氧化铁红粒子,11,.,超声化学法优缺点,超声波合成法的优点：反应对溶剂要求低；效率高；反应时间短；温度低；适用性广；提取药液纯度高；设备的维护和保养方便。最大的缺点反应不容易控制、有副反应发生；难以保证超声波器件的安全性，也无法实现在线不停机维修；微波反应器价格昂贵，只能限制在实验室小规模合成上，难于大规模工业化生产离子。,12,.,超声化学是一门集物理、化学知识于一体的新兴交叉学科。目前仍处于探索阶段,但已引起了世界各国有关研究者的重视。1986年4月14日英国泰晤士报曾作过这样的总结性评论:“一场新的工业革正在兴起,取代了塑料、清洁剂、药品和农药等传统的制造方法。新的工艺因为不需要现在所用方法中的高温高压,就会更安全。新的工艺也会更加便宜,因为所需燃料比提供热能以活化化学反应所需燃料要少。在室温下注入能量的方法,是靠称之为超声化学这一新兴学科的发现取得的。”当前,超声化学已成为一个极为重要且异常活跃的研究领域,正在世界各国迅速发展。但是作为一种理论研究阶段的技术,将其应用到实践中还有一段很长的路要走。相信通过化学和物理学工作者的共同努力,超声化学这一有着巨大生命力的学科必将为造福人类做出应有的贡献。,超声化学法感想与展望,13,.,陈贯虹,王西奎,孙士青,党立,王萍.超声化学的基本原理及其在化学合成和环境保护方面的应用J.山东科,2004,17（1）:5154.,熊远钦,倪宇,于江,张正华,卢彦兵,徐伟箭.含乙烯基基团的聚硅烷的合成与表征J.湖