微波化学与技术
微波化学气相沉积

微波化学气相沉积
微波化学气相沉积技术是一种非常先进的热化学制备技术,它通过微波能量照射来使有机气体产生反应而制备出二维半导体的一种技术。
从而代表了一种新的光学材料制备技术。
与传统热化学有机气体沉积相比,MCAP的沉积速率很高,可以在很短的时间内实现大面积材料的沉积,即可以完成大面积光学材料的制备,包括二维半导体、LED、中空光纤和激光器等。
由于其具有制备大面积材料的能力,MCVD技术已经运用在某些社会应用中,包括光传输、电子设备和医疗工程等等。
与传统的沉积技术相比,MCVD具有高温环境和丰富物质种类等特点,可以提高密度、改善均匀性并增加涂层的分子结构,使其具有更高的可见性和可塑性。
此外,微波的精细化能够有效地改进反应的速度,从而可以节约大量的能量和提高沉积质量。
截至目前,MCVD技术已经在电子、光学和仪器工程等应用中运用,并且在日益深入的研究和应用中发挥着重要作用。
总之,MCVD技术作为一种新兴的光学材料制备技术,已经在当今社会中受到了高度关注,它提供了出色的制备效果,更好地满足了当今消费者对高科技产品的一系列需求。
微波技术原理及其在化学化工领域的应用

HUNAN UNIVERSITY题目:微波技术原理及其在化学化工领域的应用微波技术原理及其在化学化工领域的应用摘要:本文介绍了微波技术原理以及其发展背景,并针对微波技术在化学化工领域的应用概况进行了总结和介绍,也提出了应用中的问题以及展望。
关键词:微波技术,化学,化工1.引言微波是一种波长很短的电磁波,其频率介于300 MHz-300 GHz,波长介于1 mm-1 m之间。
因其波长介于远红外线和短波之间,故称之为微波。
微波具有的特点为高频性、波动性、热特性和非热特性[1]。
随着科学的发展,微波技术得到了广泛的应用,尤其是在通信行业,如微波卫星通信、微波散射通信、模拟微波通信和数字微波通信等。
近年来,微波以其高效、均匀、节能、环保等诸多优点受到广泛关注,并逐渐成为一种新型能源得到越来越广泛的应用[2]。
2.微波技术的发展微波技术兴起于20世纪30年代,在电视、广播、通讯等相关技术领域中得到了广泛的应用。
经过长期发展后,美国于 1945 年率先发现了微波的又一特性,即热效应,并创新性的将其作为一种非通讯能源开始应用于工业、农业以及相关科学研究中。
微波技术的发展主要取决于微波器件的应用和发展。
早在20世纪初,就有研究人员开始了对微波理论的探索,并进行了相关的实验研究。
但由于当时信号发生器功率较小,加之信号接收器灵敏度较差,实验未能取得实质性的进展[3]。
1936年,波导技术的进一步发展为微波技术的研究提供了可靠的理论及实验条件。
美国电话电报公司的George C. Southworth.将波导用作宽带传输线并申请了专利,同时,美国麻省理工学院的M.L Barrow 完成了空管传输电磁波的实验,这些工作为规则波导奠定了理论基础,推动了微波技术进一步向前发展[4]。
20世纪40年代,第二次世界大战期间,雷达的出现和使用引起了人们对微波理论和技术的高度重视,并研制了很多微波器件,在此期间,微波技术迅速发展并在实际应用中得到认可。
微波化学

微波化学微波化学的定义及发展微波化学是人们对微波场中物质的特性及其相互作用的研究基础上发展起来的。
微波化学是根据电磁场和电磁波理论、介电质物理理论、凝聚态物理理论、等离子体物理理论、物质结构理论和各种化学理论,利用现代微波技术来研究物质在微波场作用下的物理和化学行为的一门科学。
微波在化学中的应用开辟了微波化学这一化学新领域。
微波可以直接与化学体系发生作用从而促进各类化学反应的进行,这是通常意义上微波化学所设涉及的内容,微波对凝聚态物质的化学作用主要属于这一类。
微波与气态物质的作用情况有些不同。
在这里,某些特定频率(波长)的微波可以被某些特定的气体所吸收,因为它们的量子能量可能正好与相应气体的转动能级的能量差相对应,这就是微波吸收光谱学所研究的内容,它在大气污染物监测方面又很有价值的应用。
但对于常用的915MHz和2450MHz的微波功率,更一般的情况是,在微波功率的诱导下,气体先转变成等离子体,进而可在各种化学领域加以利用,这就是所谓的微波等离子体化学,它是广义微波化学所涵盖的内容[1]-[2]。
微波化学实际上是从微波等离子体化学开始发展的,在化学研究中最早利用微波的是1952年Broida等用同轴谐振腔获得微波诱导等离子体(MIP)的办法以原子发射光谱法(AES)测定了氢-氘混合气体中氘的同位素丰度[3]。
1975年,Moisan等发展了一种表面波器件[4].1976年,Beenakker提出了TM010谐振腔[5]并可以方便获得常压氦微波等离子体,为He MIP-AES的推广应用创造了条件。
1981年嘉茂睦和等成功地用这一方法以CH4和H2为原料气在钼和硅基片上沉积出了厚度在1-2um的金刚石膜[6],这种方法现在已经成功用于微电子材料的刻蚀、净化、高分子材料的表面改性和光刻胶的剥蚀等加工过程。
1985年,吉林大学的科研集体又提出了一种微波等离子体炬(MPT)新光源[7],几经改进,他们最后在1997年发展了一种氧屏蔽MPT(OS-MPT)光源,终于较好地解决了微波等离子体(MWP)光谱法研究中长期存在的样品承受能力低和基体干扰严重这两大难题,为MWP光谱仪的商品化奠定了基础[8]。
微波处理技术在化工生产中的应用研究

微波处理技术在化工生产中的应用研究随着科学技术的不断发展,微波处理技术已经成为了化工生产中的主要手段之一,其广泛应用在化学反应、材料合成、杀菌消毒等方面。
微波处理技术能够快速有效地提高生产效率,节约能源资源,并且减少了大量的环境污染。
本文将对微波处理技术在化工生产中的应用研究进行探讨。
一、微波处理技术概述微波处理技术是一种高频电磁波的应用,其频率通常在1~100GHz之间。
微波能量是一种电磁波,其特点是能够快速穿透物体并产生内部的能量,从而达到快速加热、杀菌消毒、催化反应等目的。
微波处理技术在化学反应、材料合成、杀菌消毒等方面具有广泛应用,其处理效率和速度远远高于传统的加热方式。
二、微波化学反应研究微波化学反应是微波处理技术的一种应用,其可以实现对反应物快速、均匀地加热,从而提高反应速率和产率。
微波化学反应在化学制品合成、有机合成、催化反应等方面具有广泛应用。
以化学制品合成为例,通过微波处理技术可以实现对反应物快速加热,并且能够使反应物在较短时间内达到最佳反应温度,从而提高反应速率和产率。
此外,微波处理技术还可以实现对需控制的化学反应的精准控制,从而实现对反应物质分布、产物选择性、反应速率等方面的优化。
三、微波合成材料研究微波合成材料是微波处理技术的另外一种应用,其可以实现快速、均匀地加热、反应,从而实现高质量材料的合成。
微波合成材料在纳米材料、高分子材料、无机材料等方面具有广泛应用。
以纳米材料为例,微波处理技术可以实现对纳米材料的快速、均匀加热,从而实现对化学反应的促进。
此外,微波处理技术还可以实现对纳米材料的精准控制,从而实现对纳米材料的粒径、性质等方面的优化。
四、微波杀菌消毒研究微波杀菌消毒是微波处理技术的另一种应用,其可以实现对微生物的快速、有效灭活,提高产品的卫生质量,并且提高化工生产效率。
微波杀菌消毒在饮料、食品、医药等方面具有广泛应用。
以食品杀菌消毒为例,微波处理技术可以实现对食品中的微生物的灭活。
微波辅助化学反应机制研究

微波辅助化学反应机制研究化学反应是许多领域的研究重点,例如新药研发、新材料合成、工业生产等。
在反应过程中,常常需要通过加热或添加催化剂等手段来促进反应速率和选择性。
然而,为了实现更高效、更环保的反应,科学家们一直在寻求新的方法和技术。
其中,微波辅助化学反应技术备受关注,因为它可以在较短时间内快速加热反应物,提高反应速率和产物收率。
微波辅助化学反应的原理基于微波能量加热物质的特性。
当微波穿过物质时,会引起物质内部分子的振荡和摩擦,产生热能。
相对于传统的加热方式,微波加热不需要热传导过程,因此可以显著缩短反应时间。
此外,微波能够在物质内部产生局部加热,而不是整体加热,因此可以减少产物的副反应和热解等不良反应。
微波辅助化学反应在许多反应类型中都得到了广泛应用,例如有机合成反应、催化反应、生物化学反应等。
在有机合成反应中,微波辅助可以加快反应速率、提高收率和产物纯度。
例如,通过对乙酸乙酯和苯乙酮进行微波辅助反应,可以在3分钟内合成出6-甲基苯并咪唑,而传统加热需要1小时以上才能得到产物。
在催化反应中,微波加热可以改变催化剂的分布和活性,从而调控反应速率和选择性。
例如,在铜催化的三氯化铝催化反应中,通过微波辅助可以加速催化剂和反应物的反应,从而提高反应速率和产物收率。
在生物化学反应中,微波辅助可以破坏生物膜、激活酶等生物分子,从而促进生物反应的进行。
例如,在酶催化的反应中,微波辅助可以加快酶和底物的反应速率,从而提高反应效率。
除了加快反应速率和提高产物收率外,微波辅助化学反应还可以改变反应机理。
通过微波辅助,一些传统反应机理可能会出现新的反应途径和产物。
例如,在铂催化的硝基苯醚的氢化反应中,通过微波辅助可以得到一些新的反应产物,这是因为微波辅助可以改变反应的中间体构象和活性位点。
总的来说,微波辅助化学反应技术是一种有效的化学反应技术,可以显著缩短反应时间、提高产物收率和纯度。
然而,微波辅助反应仍然需要进一步研究其反应机理和可控性,以实现更高效、更可控的反应。
微波加热技术在化学反应中的应用

微波加热技术在化学反应中的应用微波加热技术是一种高效、快速、节能的加热方式,经常被应用于化学反应的研究和工业生产中。
传统的加热方式如火焰、电炉等,加热速度较慢,耗电和耗时都较高,而微波加热技术则可以在短时间内提高反应速率和产率,并且对反应条件有较高的控制能力。
1. 微波加热技术的原理微波是一种电磁波,其波长在0.1-100cm之间。
当微波加热介质时,其分子会对微波场产生极化,使得介质内部的分子振动并互相摩擦,从而转化为热能。
微波加热方法的优点是能够直接作用于物料分子,因此加热速度很快,加热均匀性好,并且能够精确地控制反应温度和反应时间,因此被广泛应用于化学反应中。
2. 微波加热技术在有机合成中的应用在有机合成中,一些反应需要高温和高压条件下才能完成,这种条件会导致反应物分解或生成不必要的副产物。
而微波加热则能够在较低的温度和压力下促进反应的进行,提高产率和选择性。
微波合成方法已经被用于许多有机物的合成,例如:2.1 反应物的无溶剂合成传统有机合成使用有机溶剂,会生成溶液中的溶剂垢和废弃物,造成设备的污染和废弃物的增加。
因此,无溶剂有机合成更加环保和经济。
利用微波加热,无溶剂的有机反应可以在少量的催化剂下快速完成。
2.2 化合物的无水合成许多化学反应需要水分或水溶性化合物作为催化剂或反应物。
然而,水溶性化合物不容易纯化,因此无水合成更加优选。
微波加热可以使得反应物迅速脱水、脱卤或脱氨等,实现无水合成。
2.3 新型有机化合物合成利用微波合成反应可以快速合成具有新结构或新性质的有机化合物,例如具有药物活性或光学性质的有机化合物。
3. 微波加热技术在配位化学中的应用配位化学是指各种金属离子与配体之间的化学反应。
由于金属离子比有机化合物无机分子更加复杂多变,因此需要严格的反应条件和加热方式才能完成反应。
而微波加热具有很好的选择性和控制能力,因此被应用在金属配位化学中。
3.1 催化反应的合成微波加热可以快速控制催化反应的温度和时间,从而在合成过程中达到良好的效果。
微波cvd原理

微波cvd原理微波CVD原理引言:微波化学气相沉积(Microwave Chemical Vapor Deposition,简称微波CVD)是一种利用微波辐射加热的化学气相沉积技术,广泛应用于材料科学、纳米技术和表面工程等领域。
本文将介绍微波CVD的原理及其在材料制备中的应用。
一、微波CVD原理微波CVD是一种利用微波辐射加热气体从而进行化学反应的技术。
其基本原理是通过微波辐射作用下的电磁波能量使气体分子发生振动,从而提高气体分子的能量和活性。
微波CVD的关键在于微波辐射的选择和加热效果的控制。
1. 微波辐射微波辐射是一种电磁波,具有较高的频率和能量。
微波CVD通常使用2.45 GHz的微波辐射,这是因为该频率下的微波具有较高的穿透能力和加热效果。
微波辐射通过微波反射器和波导传输到反应室,然后在反应室内产生强烈的电场和磁场。
2. 加热效果微波辐射通过与气体分子相互作用,使气体分子发生振动和碰撞,从而提高气体分子的能量和活性。
微波辐射中的电场和磁场作用在气体分子上,使其产生定向运动和碰撞。
由于气体分子之间的相互作用,气体分子的温度升高,从而实现对气体的加热。
二、微波CVD在材料制备中的应用微波CVD技术具有加热速度快、温度均匀性好、反应效率高等特点,因此在材料制备中得到了广泛应用。
1. 碳纳米管制备微波CVD是制备碳纳米管的一种重要方法。
通过选择适当的碳源和催化剂,以及优化反应条件,可以在微波辐射下实现碳纳米管的高效制备。
微波CVD制备的碳纳米管具有较高的品质和较好的结构控制能力。
2. 薄膜生长微波CVD技术可用于生长各种薄膜材料,如氮化硅、氧化锌等。
通过选择适当的前体气体和反应条件,可以在微波辐射下实现薄膜的快速生长。
微波CVD生长的薄膜具有良好的致密性和均匀性。
3. 二维材料制备微波CVD技术也可以用于制备二维材料,如石墨烯。
通过选择适当的碳源和底物,以及优化反应条件,可以在微波辐射下实现高质量的石墨烯制备。
微波化学

9
微波加热作用的特点:
• 在不同深度同时产生热,这种 “体加热作用”,不仅使加热 更快速,而且更均匀,从而大 大缩短了处理材料所需的时间, 节省了宝贵的能源,还可大大 改善加热的质量,保持食品的 营养成分,防止材料中有用 (有效)成分的流失等。
10
二.微波化学的发展历程
• 微波化学是根据电磁场和电磁 波理论、电介质物理理论、凝 聚态物理理论、等离子物理理 论、物质结构理论和化学原理, 利用现代微波技术来研究物质 在微波场作用下的物理和化学 行为的一门科学,是一门新兴 的交叉性学科。
偶极作用
7
Conduction Mechanisms (Ionic conduction)
在所加电磁场中,被子传导
Interfacial Polarisation
• 这可被看作是前述两种作用的结合,对 于非导体材料中散布有导体材料的情况 (如硫中散布有金属颗粒的情况),这 一机理是主要的: 硫不吸收微波,但是金属粉末却是 好的微波吸收体,通过类似于偶极极化 的机理而被加热。其环境(硫)则类似 于极性分子的溶剂,通过一种相当于极 性溶剂中的粒子间作用力限制离子的运 动。这些限制力在振荡场的作用下将使 离子的运动位相发生滞后,进而导致离 子的随机运动而使体系发热。
历程
12
合成化学---上世纪60年代后
• 微波等离子体用于合成化学则是 60年代以后的事,其中最成功的 实例包括:
– – – – – – 金刚石、多晶硅、氮化硼等超硬材料 有机导电膜 蓝色激光材料c-GaN 单重激发态氧O2的合成 高分子材料的表面修饰 微电子材料的加工等
历程
其中不少现已形成了产业。
– e.g. sulphur
• Materials that reflect microwaves
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
1. 微波化学与技术——节选自《环境微波化学技术》1.1. 微波化学与技术微波化学与技术是一门新兴的交叉性学科。
它是在人们对微波场中物质的特性及其相互作用的深入研究基础上,利用现代微波技术来研究物质在微波场作用下的物理和化学行为的一门科学。
微彼场可以被用来直接作用于化学体系从而促进或改变各类化学反应;微波场也可先被用来诱导产生等离子体,进而在各种化学反应中加以利用。
1.1.1. 微波化学与技术的发展历程从历史上看,微波化学学科的产生源于徽波等离子体化学的研究。
最早在化学中利用微波等离子体的报道始于1952年,当时Broida等人采用形成微波等离子体的办法以发射光谱法测定了氢一氘混合气休中氘同位素的含量,后来他们又将这一技术用于氮的稳定同位素的分析,从而开创了微波等离子体原子发射光谱分析的新领域。
微波等离子体用于合成化学与材料科学则是1960年以后的事,其中最成功的实例包括金刚石、多晶硅、氮化硼等超硬材料,有机导电膜,蓝色激光材料c-GaN,单重激发态氧O2的合成;高分子材料的表面修饰和微电子材料的加工等,其中不少现已形成了产业。
1970年。
Harwell使用微波装置成功地处理了核废料。
1974年Hesek等利用微波炉进行了样品烘干;次年,有人用它作生物样品的微波消解并取得了很大成功,现在这一技术己经商品化并作为标准方法被广泛用于分析样品的预处理。
微彼技术用于有机合成化学始于1986年,Gedye等首先发表了用微波炉来进行化学合成的“烹饪实验”文章,以4-氯代苯基氧钠和苄基氯反应来制备4-氯代苯基苄基醚。
传统的方法是将反应物在甲醇中回流12h,产率为65%;而用微波炉加热方法,置反应物和溶剂于密闭的聚四氟乙烯容器中,在560W时,仅35s使能得到相同产率的化合物,其反应速率可以快1 000倍以上。
这一在微波沪中进行的有机反应的成功,导致在其后的短短四五年内,辐射化学领域中又增添了一门引人注日的全新课题——MORE化学(Micro-wave-Induced Organic Reaction Enhancement Chemistry)。
此后微波技术在有机化合物的几十类合成反应中也都取得了很大成功。
微波技术在无机固相反应中的应用是近年来迅速发展的一个新领域,为制备新型的功能材料与催化剂提供厂方便而快速的途径和方法;微波技术已广泛应用于陶瓷材料(包括超导材科)的烧结、同体快离子导体、超细纳米粉体材料、沸石分子筛的合成等。
在催化领域,由于Al2O3,SiO2等无机载体不吸收微波。
微波可直接传送到负载于载体表面的催化剂上并使吸附其上的羧基、水、有机物分子激话,从而加速化学反应的进行。
已研究过的催化反应有甲烷合成高级烃类、光合作用的模拟和酸气污染物的去除等。
在分析化学、提取化学方面,用微波进行了样品溶解。
在蛋白质水解方面,采用微波技术建立了一种快速、高效的新方法。
在大环、超分子、高分子化学方面,开展了采用微波法制备一些聚合物的研究工作。
1.1.2. 影响微波化学反应速率的因素及规律反应物的加热速率、溶剂的性质、反应体系以及微波的输出功率等都能影响反应的速率。
反应物吸收微波能量的多少和快慢与分子的极性有关。
极性分子山于分子内电荷分布不平衡,在微波场中能迅速吸收电磁波的能量,传统的加热方法是靠热传导和热对流来实现的,因此加热速度慢。
微波加热的优越之处在于加热快、受热体系温度均匀,分子偶极矩越大,则加热愈快,此时便能显著提高有机反应的速度。
如果是在密闭容器中反应,则随着温度的升高,体系的压力增大,从而加快了反应速率(在某中程度上压力的因素可归结为温度因素)。
对于非极性分子,由于其在微波场中不能产生场致运动,所以,微波对这类物质的反应作用很小甚至没有作用,除非改变反应条件或增加反应物极性或进行干法反应。
此外,反应容器的大小、反应物的体积等都对反应速率有不同影响,这些内容在传统合成工艺中是没有的。
由于微波合成是一种新的技术,许多反应需通过实践才能得到最佳条件。
总之,微波作用于反应物后,加剧了分子活性,提高了分子的平均能量,降低了反应的活化能,大大增加了反应物分子的碰撞频率,这就是微波提高化学反应速率的主要原因。
微波化学可称为有机合成化学中的“高能技术”。
微波技术应用于合成化工产品时可提高反应速率5~400倍。
在不同的反应条件下。
提高反应速率的倍数相差很悬殊。
刘钟栋等在微波化学反应速率的影响因素及规律探讨方面开展了系统的研究工作,获得了一些规律性的结论,这些结论对于应用微波技术进行化学和化工工艺过程的化学反应十分有益。
1.1.2.1. 反应体系中物质分于极性的影响在微波化学中,化学反应温度的提高程度和提高速度与反应物及所用溶剂分子的极性有关;分子的极性则和分子的瞬间偶极有关,而分子的瞬间偶极又与分子中的电荷分布情况有关。
当分子中一端带有负电荷而另一端带有正电荷。
即分子中的电荷分布不平衡时产生了分子的瞬间偶极。
这种电荷分布不平衡的分子在微波作用下将微波能量吸入,分子的内能、运动速度和反应的温度迅速提高,导致了化学反应速率的加快。
微波能作用于极性分子(反应物、溶剂)能加剧分子运动,大大增加了反应物的碰撞频率,从而加快了化学反应速率。
而在非极性分子溶剂中,尽管微波也能加快极性分子反应物的运动,但由于非极性溶剂不但不吸收微波能而加速运动,并且还会通过分子碰撞将反应物吸收的微波能量转移到非极性溶剂内,从而缓冲了极性分子反应物的加速运动,所以不能显著提高反应物之间的碰撞频率,因此,微波加热这类反应体系较慢甚至没有作用,不能显著提高非极性溶剂中的反应温度。
由此可见,采用微波技术进行化学反应,选择合适的反应物和溶剂是非常重要的。
1.1.2.2. 溶剂介电常数对反应速率的影响在极性溶剂中,用微波法进行有机反应可以显著提高反应速率,将介电常数各不相同的几种溶剂分别置于敞口的反应器中,输人微波(功率10W/min),加热1min,,测定各种溶河的升温情况,可以得到介电常数不同的溶剂吸收微波能的情况,结果见表1-5。
实验表明,高介电常数溶剂吸收微波能的速度显著大于低介电常数溶剂;而且极性小,相对分子质量大的溶剂,相同条件下吸收微波能量较少;苯和正己烷化合物等非极性分子几乎不吸收微波能量。
所以,应用微波炉进行化学反应,选用极性溶剂作为反应介质是至关重要的。
介电常数又叫介质常数,介电系数或电容率,它是表示绝缘能力特性的一个系数,以字母ε表示,单位为法/米.它是一个在电的位移和电场强度之间存在的比例常量。
这一个常量在自由的空间(一个真空)中是8.85×10的-12次方法拉第/米(F/m)。
在其它的材料中,介电系数可能差别很大,经常远大于真空中的数值,其符号是eo。
在工程应用中,介电系数时常在以相对介电系数的形式被表达,而不是绝对值。
如果eo表现自由空间(是,8.85×10的-12次方F/m)的介电系数,而且e是在材料中的介电系数,则这个材料的相对介电系数(也叫介电常数)由下式给出:ε1=ε/ εo=ε×1.13×10的11次方很多不同的物质的介电常数超过1。
这些物质通常被称为绝缘体材料,或是绝缘体。
普遍使用的绝缘体包括玻璃,纸,云母,各种不同的陶瓷,聚乙烯和特定的金属氧化物。
绝缘体被用于交流电.泡沫塑料用聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨基甲酸酯等树脂制成聚苯乙烯2.4~2.6 ,介电常数1.1.2.3. 反应器大小的影响分别在不同体积的聚四氟乙烯反应器中,以甲醇作溶剂,加入等量的反应物(4-氰基笨甲酸钠盐、氯化苄)进行4-氰基苯氧离子与氯苄的SN2亲核取代反应。
反应至产率为65%时,测定数据记录于表1-7中。
实验结果表明,微波技术中反应速率与容器的体积成反比。
1.1.2.4. 溶剂体积的影响对同样形状、密封的反应器中的水、1-丙醇、1-丁醇加热,分别考察微波法中溶剂的体积对加热的影响效应。
实验规律为:压力随着容器中溶剂体积的增加而增大.当溶剂的体积增加到一定数量时。
压力达到最大,以后又随着溶剂体积的增加而减小。
不同的溶剂达到压力最大的吸收体积不同,如水、1-丙醇,1-丁醇达到最大压力的吸收体积分别为15mL、20mL、30mL。
反应器体积的大小对溶剂的最大压力吸收体积无影响。
如水在50mL和150mL反应器中的最大压力吸收体积均相同(15mL)。
而对于普通加热方法来说,一般被加热的溶剂体积越大,要达到某一压力所需的加热时间就越长。
1.1.2.5. 微波条件中的“热点”效应在微波反应器的谐振腔中,电磁场是以一定“模”式分布的,由此产生了能量分布的不均匀。
在微波合成中,将热能集中的地方称作“热点”。
热点的出现表示加热不均匀,一般不希望此现象发生,人们对热点的产生和它的分布规律作了大量的研究,对于形状复杂的反应器,由于反射、穿透、折射、吸收等的影响,用电磁理论对热点进行计算几乎是不可能的。
目前,多用实验的方法侧定热点。
微波场中温度的测定一直是发现热点的关键,常用的方法有红外线测温法、光纤维传感器测温法和温度敏感物质显示法等。
在对加热设备进行设计时.需要详细了解被加热物质的介电特性和反应器的特性。
并对加热程序进行控制。
例如,采用间歇式微波辐射的方法。
可使“热点”集中的热量得以向周围扩散、这样就可能把各部分的温度控制在不影响产品质量的范围内。
热点特性也可以合理地被运用,例如在连续反应器中,可以利用调整微波输入的方法,将微波能任意“聚于”或“空出”反应器的某些特殊部位,从而产生特殊的加热效果.这是传统方法所无法实现的。
1.1.2.6. 微波千法合成及干法合成中反应器的优化如果有极性溶剂存在,由于微波辐射能使溶剂在极短的时间内达到很高的温度而气化,形成高压,极易发生爆炸,故而限制了微波技术在有机合成.工艺的广泛应用。
千法反应一般指以无机固体为介质的无溶剂反应。
在干法反应中,由于没有大量溶剂的存在而使微波辐射下的合成反应得以安全进行,由于无机载体往往导热性不好,故而对许多有机干反应,传统加热时效果欠佳。
利用微波辐射,因无机载体不阻碍微彼能量的传导,使吸附在其表面的反应物能充分吸收微波能量后被活化,反应速率也会与有溶剂时一样大大提高。
许多磁性介质可吸收微波能量,它们在不阻碍反应、不产生不良副反应的条件下,完全可以作为干法反应的介质。
如Fe3O4,它极易吸收微波能,以它作为介质对反应效率的促进是很明显的。
例如,过氧化苯甲酰在Fe3O4作为介质的条件下经微波辐射,很容易转变成苯甲酸.见表1-8。
干法反应可在敞口反应器中进行,反应速度快,操作方便。
产物容易纯化,产率高,反应装置简单.无废水/废液排放,属绿色清洁化工工艺,已日益引起世界各国化学化下科技工作者和企业家的关注。
干法反应器的形状除与液体反应所用的一样为球形之外,还可以用锥形。