無機精細化工1

緒論精細化學(xué)品的定義：對基本化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的初級或次級化學(xué)品進行深加工而制取的具有特定功能、特定用途、小批量、多品種、附加值高、技術(shù)密集的一類化工產(chǎn)品。無機精細化學(xué)品定義：精細化工中的無機精細化學(xué)品。精細化工產(chǎn)品的分類---分類原則：產(chǎn)品功能無機精細化工的發(fā)展趨勢和重點不是集中合成更多的新的無機化合物，而是更加注意高新技術(shù)的應(yīng)用賦予產(chǎn)品新的功能。發(fā)掘潛在的特殊功能。第1章納米材料納米材料是指尺度為納米量級（1?100nm）的超微粒經(jīng)壓制、燒結(jié)或濺射而成的凝聚態(tài)固體。納米材料可分為兩個層次：一是納米微粒；二是納米固體。納米微粒的基本概念及性能（1） 尺寸效應(yīng)（2） 界面與表面效應(yīng)（3） 量子尺寸效應(yīng)（4） 宏觀量子隧道效應(yīng)富勒烯的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用前景：C60是一個由12個五元環(huán)和20個六元環(huán)組成的球形32面體碳納米管也是典型的富勒烯納米材料的應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)與催化化工與輕工納米陶瓷（納米生物材料）第二章單分散顆粒的制備2.1沉淀的形成沉淀按其物理性質(zhì)不同，可粗略分成兩類:晶形沉淀和無定形沉淀（又稱非晶形沉淀或膠狀沉淀）。晶形沉淀如：BaSO4,MgNH4PO4,CaC2O4-2H2O,PbSO4其顆粒直徑約0.1?1gm。非晶形沉淀：Fe2O3-nH2O,ZnS,A12O3.nH2O[Al(OH)3]其顆粒直徑一般<0.02gm介于晶形沉淀與無定形沉淀之間的為凝乳狀沉淀，顆粒大小0.1>d>0.02gm，如AgCl。沉淀形成過程大致表示如下無定形沉淀2.3抑制凝聚的方法構(gòu)晶離子沉淀形成過程大致表示如下無定形沉淀2.3抑制凝聚的方法構(gòu)晶離子Tt晶核定向時〉晶體沉淀1.利用電雙層2..利用凝膠網(wǎng)絡(luò)3.利用防護試劑2.4膠粒生長的動力學(xué)模型膠粒的生長是單體向其表面擴散和單體在表面發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果。2.5單體的儲備1.單體儲備的基本原則--:單體的儲備物必不可少，單體的儲備應(yīng)以單個體系進行2.6典型的單分散體系單分散體系分類：均相體系和多相體系均相體系：由一相組成，單體儲備物主要以溶質(zhì)的形式構(gòu)成。最終產(chǎn)物沉淀直接地從均相溶液中發(fā)生。如氧化還原反應(yīng)；多相體系：多于一相組成，單體被儲備在一相或每一相中，最終產(chǎn)物沉淀是發(fā)生在這些相中的一相里。如通過水溶液介質(zhì)的相反應(yīng)；第3章界面化學(xué)與表面活性劑基礎(chǔ)知識3.1界面化學(xué)概述

界面化學(xué)：是一門既古老又年輕的科學(xué)，它是研究界面的物理化學(xué)規(guī)律及體相與表相的相互影響關(guān)系的一門學(xué)科。界面熱力學(xué)的奠基人吉布斯（Gibbs）界面現(xiàn)象有著廣泛的應(yīng)用。主要有：吸附、催化作用、表面膜、新相生成、泡沫乳狀液、潤濕作用3.2界面現(xiàn)象與吸附3.2.1表面張力與表面能1.表面和界面（surfaceandinterface）在一個非均勻的體系中，至少存在著兩個性質(zhì)不同的相。兩相共存必然有界面?？梢?，界面是體系不均勻性的結(jié)果。一般指兩相接觸的約幾個分子厚度的過渡區(qū)，若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。常見的界面有：氣-液界面，氣-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。1表面和界面（surfaceandinterface）表面張力與表面自由能處在界面層的分子，一方面受到體相內(nèi)相同物質(zhì)分子的作用，另一方面受到性質(zhì)不同的另一相中物質(zhì)分子的作用，其作用力不能相互抵銷，因此，界面層分子由于其處在一不均勻?qū)ΨQ的力場會顯示出一些獨特的性質(zhì)。界面現(xiàn)象的本質(zhì)表面分子受到被拉入體相的作用力。這種作用力使表面有自動收縮到最小的趨勢，并使表面層顯示出一些獨特性質(zhì)，如表面張力、表面吸附、毛細現(xiàn)象、過飽和狀態(tài)等。開爾文公式的應(yīng)用1） 過飽和蒸汽2） 過熱液體3.2.3潤濕作用1.潤濕過程：（1）沾濕:指液體與固體從不接觸到接觸，變液氣界面和固-氣界面為固-液界面的過程。（2） 浸濕：指固-氣界面為固-液界面代替的過程。（3） 鋪展：指以固-液界面代替固-氣界面的同時還擴展液-氣界面；判斷潤濕過程的方向，必須借助于接觸角的測量。。通過接觸角與有關(guān)界面能的關(guān)系。3.2.4固體表面的吸附作用1.吸附作用與吸附熱（1） 吸附作用：是界面現(xiàn)象，分物理吸附與化學(xué)吸附（2） 吸附熱：氣體分子的等溫吸附過程，一般是放熱過程（少數(shù)例外）。溶質(zhì)吸附可能是放熱也可圖7—16 6圖7—16 6種類型等遍吸附線I型-80K~F在活性炭上的吸附；II型.78KN2在硅膠上的吸附；DI.351 濱在硅較上的吸附；IV型.323K下輩在FeO上的吸附；V型373K下水蒸氣在清性米.1-的吸附；M型.怖性氣體分子分階段務(wù)房吸附3.3 表面活性劑概述表面活性劑（surfactant）是指具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列，并能使表面張力顯著下降的物質(zhì)。3.3.3表面活性劑的分類陰離子表面活性劑陽離子表面活性劑：季銨化物--新潔爾滅--殺菌兩性離子表面活性劑：卵磷脂，氨基酸型非離子表面活性劑3.4表面活性劑的在界面上的吸附3.4.1溶液表面的吸附物質(zhì)在界面上富集的現(xiàn)象叫做吸附。固體表面的吸附：非極性固體表面單層吸附，極性固體表面可發(fā)生多層吸附3.4.5LB技術(shù)和LB膜在適當?shù)臈l件下，將不溶性單分子或多分子膜轉(zhuǎn)移到固體基質(zhì)上并保持其定向排列的分子結(jié)構(gòu)，稱為LB技術(shù)，所形成的單分子或多分子層膜稱為LB膜。Langmuir膜因Langmuir提出的有關(guān)氣液界面的吸附理論奠定了單分子層的理論基礎(chǔ)，現(xiàn)在稱氣液界面上的單分子層為Langmuir膜將氣液界面上的單分子層轉(zhuǎn)移到固體基片上的技術(shù)就被命名為----LB技術(shù)y型沉積（基片一頭一尾一尾一頭…）z型沉積（基片一頭一尾一頭一尾…）x型沉積（基片一尾一頭一尾一頭…）LB膜的缺陷：熱穩(wěn)定性差；機械強度較低，為分子間力；壽命較短，膜結(jié)構(gòu)易隨時間變化；等問題使得LB膜器件的商業(yè)化有一定難度，但隨著人類對其研究的進展，這僅僅是一個時間問題。3.6膠束理論3.6.1膠束（micelle）與臨界膠束濃度（CMC）隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束可呈現(xiàn)棒狀、層狀或球狀等多種形狀。臨界膠束濃度：表面活性劑溶液開始大量形成膠束的濃度2-8臨界膠束濃度的測定及其影響因素2、影響因素（2、影響因素（1） 結(jié)構(gòu)影響（2） 憎水基鏈長相同，組成不同時表面張力法電導(dǎo)法染料法濁度法（1）表面張力法電導(dǎo)法染料法濁度法（2）（3）（4）影響粉體性能的基本因素粉末材料的化學(xué)成分粉末材料的晶體結(jié)構(gòu)粒徑分布形狀表面張力表面化學(xué)，表面官能團表面酸堿性）粒徑分布形狀表面張力表面化學(xué)，表面官能團表面酸堿性）粉末材料的表面性質(zhì)（表面能第四章溶膠一凝膠法的基本概念膠體（colloid）是一種分散相粒徑很小的分散體系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之間的相互作用主要是短程作用力。溶膠（Sol）將一種或幾種鹽均勻分散在一種溶劑中，使它們成為透明狀的膠體，是具有液體特征的膠體體系，分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大小在1?1000nm之間。凝膠（Gel）將溶膠在一定條件下（溫度、酸堿度等）進行老化處理，得到透明狀的凍狀物。是具有固體特征的膠體體系，被分散的物質(zhì)形成連續(xù)的網(wǎng)狀骨架，骨架空隙中充有液體或氣體，凝膠中分散相的含量很低，一般在1%?3%之間。溶膠-凝膠（Sol—Gel）可精確控制各組分的含量，使不同組分之間實現(xiàn)分子/原子水平上的均勻混

合，而且整個過程簡單，工藝條件容易控制。溶膠 無固定形狀固相粒子自由運動凝膠 固定形狀 固相粒子按一定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)固定不能自由移動溶膠（Sol）是由孤立的細小粒子或大分子組成，分散在溶液中的膠體體系。當液相為水時稱為水溶膠（Hydrosol）;當為醇時稱為醇溶膠（alcosol）。凝膠（Gel）是一種由細小粒子聚集而成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的具有固態(tài)特征的膠態(tài)體系，凝膠中滲有連續(xù)的分散相介質(zhì)。按分散相介質(zhì)不同可分為水凝膠（Hydrogel）、醇凝膠（alcogel）和氣凝膠（aerogel）0凝膠形成機理通常須經(jīng)過三個必要的過程：a）.單體聚合成初次粒子；b）.粒子長大；c）?粒子交聯(lián)成鏈狀且形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。溶膠一凝膠法常用測試方法測定前驅(qū)物金屬醇鹽的水解程度（化學(xué)定量分析法）測定溶膠的物理性質(zhì)（粘度、濁度、電動電位）膠粒尺寸大?。蕪椥怨馍⑸浞?、電子顯微鏡觀察）溶膠或凝膠在熱處理過程中發(fā)生的物理化學(xué)變化（XRD、中子衍射、DTA—TG）反應(yīng)中官能團及鍵性質(zhì)的變化（紅外分光光度計、拉曼光譜儀）溶膠、凝膠粒子中的結(jié)構(gòu)（GC—MS）固態(tài)物體的核磁共振譜測定M—O結(jié)構(gòu)狀態(tài)前驅(qū)體膠 體溶膠一凝膠法的應(yīng)用前驅(qū)體膠 體第五章無機材料仿生合成技點巧妙選擇合適的表面活性劑和溶劑，使其組裝成膠束、微乳、液晶和囊泡等作為無機物沉積的模板是仿生合成的關(guān)鍵。第六章微乳技術(shù)在無機納米材料制備上的應(yīng)用乳狀液的定義及其性質(zhì)微乳液：是一個非均相體系，其中至少有一種液體以液珠的形式分散在另一種液體中，液珠直徑一般大于0.1mm。此種體系皆有一個最低的穩(wěn)定度，并因有表面活性劑或固體粉末的存在而大大增加乳狀液定義的總結(jié)：是多相體系，至少存在兩個相；至少有兩個液相；這兩個液相必須不互溶；至少有一相分散于另一相中；規(guī)定了液珠的大??；熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，通過加入第三組份可增加其穩(wěn)定性。乳狀液的類型分散相和分散介質(zhì)均為液體，但互不相溶或溶解度極小?！坝驮谒小?，水包油型 （O/W）“水在油中”，油包水型——（W/O）類型鑒定方法染色法：加入油溶性或水溶性染料，顯微觀察稀釋法：易被分散介質(zhì)所稀釋電導(dǎo)法：O/W型比W/O型大得多乳狀液的制備一一混合方式機械攪拌、膠體磨、超聲波乳化器、均化器。影響分散度的因素(1)看ppt1.2頁微乳液基本原理定義：微乳液是由兩種互不相溶液體在表面活性劑的作用下形成的熱力學(xué)穩(wěn)定的、各向同性、外觀透明或半透明的液體分散體系，分散相直徑約為1-100nm。微乳液體系組成：水溶液有機溶劑：C6-C8直鏈烴或環(huán)烷烴表面活性劑：陰離子(AOT)，陽離子(CTAB) 非離子(TritonX)作用：(1)增加表面活性，降低油水界面張力(2)阻止液滴聚集，提高穩(wěn)定性助表面活性劑：脂肪醇，胺作用：(1)降低界面張力；2)增加界面膜的流動性調(diào)整表面活性劑HLB值。影響微乳法制備無機納米材料的因素影響因素表面活性劑性質(zhì)的影響水/表面活性劑摩爾比的影響反應(yīng)溫度和時間的影響看ppt3,4,5頁第七章外場作用下的無機合成技術(shù)超聲波在納米材料制備中的應(yīng)用強化傳質(zhì)，實現(xiàn)微觀和介觀均勻混合，避免二次成核，控制晶體生長提高反應(yīng)速度，刺激新相形成破壞團聚體形成微波加熱反應(yīng)原理微波燒結(jié)基于材料本身介質(zhì)損耗而發(fā)熱微波電磁場與材料相互作用，材料吸收微波后升溫微波有較強的滲透能力，能深入物質(zhì)內(nèi)部，表里一致，均勻加熱采用微波加熱易于自動控制與節(jié)能電場作用無電場時，離子簇受熱運動的影響聚集速度各方向相等，得到球形顆粒；在電場中，離子簇受到熱運動和定向的運動，聚集速度在各方向不同，沿電場方向聚集速度高，導(dǎo)致定向生長。第八章粉體的制備與合成粉體的制備方法一般可分為粉碎法和合成法兩種。粉體(Powder)，就是大量固體粒子的集合系。它表示物質(zhì)的一種存在狀態(tài)，既不同于氣體、液體，也不完全同于固體。體顆粒一一指在物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變的情況下，分散或細化得到的固態(tài)基本顆粒。一次顆粒一一指沒有堆積、絮聯(lián)等結(jié)構(gòu)的最小單元的顆粒。二次顆粒一一指存在有在一定程度上團聚了的顆粒。團聚一一一次顆粒之間由于各種力的作用而聚集在一起稱為二次顆粒的現(xiàn)象。團聚的原因：分子間的范德華引力；顆粒間的靜電引力；吸附水分產(chǎn)生的毛細管力；（4） 顆粒間的磁引力；（5） 顆粒表面不平滑引起的機械糾纏力。節(jié)3機械法制備粉體2.3.1機械沖擊式粉碎（破碎）一、 鄂式破碎機二、 圓錐破碎機三、 錘式破碎機四、 反擊式破碎機五、 輪碾機2.3.2球磨粉碎2.3.3行星式研磨2.3.5行星式振動粉碎2.3.6雷蒙磨2.3.7氣流粉碎2.3.8攪拌磨粉碎2.3.9膠體磨粉碎2.3.10高能球磨粉碎2.3.11助磨劑粉碎原理：助磨劑通常是一種表面活性劑，它由親水基團（如羧基YOOH,羥基一OH）和憎水的非極性基團（如烴鏈）組成。在粉碎過程中，助磨劑的親水集團易緊密地吸附在顆粒表面，憎水集團則一致排列向外，從而使粉體顆粒的表面能降低。而助磨劑進入粒子的微裂縫中，積蓄破壞