精细化工概论25-27.ppt
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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SiO2Au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18001900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10001100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(Na3PO411H2O)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Na2OP2O5,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2.484gcm3,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Na2OP2O5,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+NH33/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(280300)之间通入氨气,保持一定的氨气压力,反应(1.52)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。
也用于石油化工、造船及空间技术等方面,同时可作为无机涂料与有机涂料配合使用。
45,2、生产方法工业上制取磷酸二氢铝通常以磷酸和氢氧化铝为原料,采用中和法生产。
其反应式可表示为:
3H3PO4+Al(OH)3Al(H2PO4)3+3H2O,46,生产中将磷酸和氢氧化铝以一定摩尔比加入反应器中搅拌混合均匀,然后在搅拌下徐徐升温至(200250)左右,反应一段时间后移出,冷却,过滤得液体磷酸二氢铝。
若将液体磷酸二氢铝浓缩,喷雾干燥,可得粉状磷酸二氢铝。
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