綠色合成技術(shù)

1、. .綠色合成技術(shù)超聲化學(xué)班級(jí)：化學(xué)本13 學(xué)號(hào)：2021110239 *：X倩茹1. 超聲化學(xué)的原理超聲化學(xué)主要源于聲空化液體中空腔的形成、振蕩、生長(zhǎng)收縮及崩潰，以及引發(fā)的物理和化學(xué)變化。液體聲空化過(guò)程是集中聲場(chǎng)能量并迅速釋放的過(guò)程?？栈荼罎r(shí)，在極短時(shí)間和空化泡的極小空間內(nèi)，產(chǎn)生5000K以上的高溫和大約5.05×108Pa的高壓，速度變化率高達(dá)1010K/s，并伴隨產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波和時(shí)速高達(dá)400km的微射流，這就為在一般條件下難以實(shí)現(xiàn)或不能實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反響，提供了一種新的非常特殊的物理環(huán)境，開(kāi)啟了新的化學(xué)反響通道。 其現(xiàn)象包括兩個(gè)方面，即強(qiáng)超聲在液體中產(chǎn)生氣泡和氣泡在強(qiáng)超聲作

2、用下的特殊運(yùn)動(dòng)。在液體內(nèi)施加超聲場(chǎng)，當(dāng)超聲強(qiáng)度足夠大時(shí)，會(huì)使液體中產(chǎn)生成群的氣泡，成為“聲空化泡，這些氣泡同時(shí)受到強(qiáng)超聲的作用，在經(jīng)歷聲的稀疏相和壓縮相時(shí)，氣泡生長(zhǎng)、收縮、再生長(zhǎng)、再收縮，經(jīng)過(guò)屢次周期性振蕩，最終以高速度崩裂。在其周期性振蕩或崩裂過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生短暫的局部高溫、高壓、加熱和冷卻的速率大于1010Ks，并產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，從而引發(fā)許多力學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)、生物等效應(yīng)。反響體系的環(huán)境條件會(huì)極大地影響空化的強(qiáng)度，而空化強(qiáng)度那么直接影響到反響的速率和產(chǎn)率。這些環(huán)境條件包括反響溫度、液體的靜壓力、超聲輻射頻率、聲功率和超聲強(qiáng)度。另外，溶解氣體的種類和數(shù)量、溶劑的選擇、樣品的制備以及緩沖劑的選擇對(duì)空化

3、強(qiáng)度也有很大影響。超聲波可改變液體，固體發(fā)生化學(xué)反響的途徑，它所產(chǎn)生的高溫、高壓可使聲化學(xué)通過(guò)一條不同尋常的途徑來(lái)促進(jìn)聲能量和物質(zhì)的相互作用。實(shí)驗(yàn)室常用的超聲反響器有,超聲清洗器、超聲細(xì)胞粉碎器等.2.超聲化學(xué)特點(diǎn)2.1束射特性 由于超聲波的波長(zhǎng)短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且遵守幾何光學(xué)上的定律。即超聲波射線從一種物質(zhì)外表反射時(shí)，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過(guò)一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生折射，也就是要改變它的傳插方向，兩種物質(zhì)的密度差異愈大，那么折射也愈大。2.2吸收特性 聲波在各種物質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，強(qiáng)度會(huì)漸進(jìn)減弱，這是因?yàn)槲镔|(zhì)要吸收掉

4、它的能量。對(duì)于同一物質(zhì)，聲波的頻率越高，吸收越強(qiáng)。對(duì)于一個(gè)頻率一定的聲波，在氣體中傳播時(shí)吸收最歷害，在液體中傳播時(shí)吸收比較弱，在固體中傳播時(shí)吸收最小。2.3超聲波的能量傳遞特性 超聲波所以往各個(gè)工業(yè)部門中有廣泛的應(yīng)用，主要之點(diǎn) 還在于比聲波具有強(qiáng)大得多的功率。為什么有強(qiáng)大的功率呢"因?yàn)楫?dāng)聲波到達(dá)某一物資中時(shí)，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也跟著振動(dòng)，振動(dòng)的頻率和聲波頻率樣，分子振動(dòng)的頻率決定了分子振動(dòng)的速度。頻率愈高速度愈大。物資分子由于振動(dòng)所獲得的能量除了與分子的質(zhì)量有關(guān)外，是由分子的振動(dòng)速度的平方?jīng)Q定的,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質(zhì)分子愈能得到更高的能量、超聲波的頻率比聲波可

5、以高很多，所以它可以使物資分子獲得很大的能量；換句話說(shuō)，超聲波本身可以供給物質(zhì)足夠大的功率。2.4超聲波的聲壓特性 當(dāng)聲波通入某物體時(shí),由于聲波振動(dòng)使物質(zhì)分子產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用，將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。由于聲波振動(dòng)引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。 由于超聲波所具有的能量很大，就有可能使物質(zhì)分子產(chǎn)生顯諸的聲壓作用、例如當(dāng)水中通過(guò)一般強(qiáng)度的超聲波時(shí)，產(chǎn)生的附加壓力可以到達(dá)好幾個(gè)大氣壓力。液體中存起著如此巨大的聲壓作用，就 會(huì)引起值得注意的現(xiàn)象。當(dāng)超聲波振動(dòng)使液體分子壓縮時(shí)，好象分子受到來(lái)直四面八方的壓力；當(dāng)超聲波振動(dòng)使液體分子稀疏時(shí)，好象受到向外散開(kāi)的拉力，對(duì)于液體，它們比較受得住附加壓力的作用

6、，所以在受到壓縮力的時(shí)候；不大會(huì)產(chǎn)生反常情形?？涨婚]合的時(shí)候會(huì) 產(chǎn)生很大的瞬時(shí)壓力，一般可以到達(dá)幾千甚至幾萬(wàn)個(gè)大氣壓力。液體在這種強(qiáng)大的瞬時(shí)壓力作用下，溫度會(huì)驟然增高。 斷裂作用所引起的互大瞬時(shí)壓力，可以使浮懸在液體中 的固體外表受到急劇破壞。我們常稱之為空化現(xiàn)象。3.超聲化學(xué)的主要應(yīng)用研究由于聲能具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),無(wú)二次污染、設(shè)備簡(jiǎn)單、應(yīng)用面廣,所以受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注,聲化學(xué)已成為一個(gè)蓬勃開(kāi)展的研究領(lǐng)域.目前,聲化學(xué)的研究已涉及到化學(xué)、化工的各個(gè)領(lǐng)域,如有機(jī)合成、電化學(xué)、光化學(xué)、分析化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、高分子材料、環(huán)境保護(hù)、生物化學(xué)等,我國(guó)的有關(guān)學(xué)者在聲化學(xué)的根底研究和應(yīng)用研究方面也做了大量的

7、工作.近年來(lái),聲化學(xué)在物質(zhì)合成、催化反響、水處理、廢物降解、納米材料等方面的研究已成為聲化學(xué)重要的應(yīng)用研究領(lǐng)域.3.1超聲在有機(jī)合成中的應(yīng)用超聲波首次應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)反響的報(bào)道是在1938年。80年代以來(lái)，隨著聲化學(xué)的開(kāi)展，超聲波在有機(jī)合成中的應(yīng)用研究呈蓬勃開(kāi)展之勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于氧化反響、復(fù)原反響、加成反響、取代反響、縮合反響、水解反響等，幾乎涉及有機(jī)化學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。第一部聲化學(xué)應(yīng)用于有機(jī)合成方面的專著"Syntheticorganicsonochemistry"已于1998年發(fā)行。超聲波在有機(jī)合成中的應(yīng)用是非常廣泛的。例如：對(duì)羥基苯甲醛在傳統(tǒng)的制備方法中收率為58%，而在

8、超聲波作用下，收率為94%；超聲波對(duì)液-液多相的影響，主要是空化作用在兩相界面表達(dá)的宏觀效果，類似又好過(guò)相轉(zhuǎn)移催化劑的作用；超聲波還可以使一些難以進(jìn)展的化學(xué)反響得以實(shí)現(xiàn)，例如：AthertonTodd反響是亞磷酸酯在堿存在下于CCl4溶劑中對(duì)胺進(jìn)展磷酰化，肟和亞胺也能在該條件下進(jìn)展磷酰化，然而醇卻不能進(jìn)展，在超聲波輻射下，醇也能很順利進(jìn)展磷?；?，收率86%92%。另外，超聲波輻射能加速各種有機(jī)均相及異相反響，特別是金屬參與的反響。例如：在芳香族羰基化合物復(fù)原偶聯(lián)成鄰二叔醇的反響的傳統(tǒng)方法中，反響不僅不易進(jìn)展，操作麻煩，而且需用過(guò)量的金屬或復(fù)原劑，易引起環(huán)境和生物化學(xué)問(wèn)題。3.2超聲在電化學(xué)研究

9、中的應(yīng)用超聲在電化學(xué)中的應(yīng)用主要有超聲電分析化學(xué)、超聲電化學(xué)發(fā)光分析、超聲電化學(xué)合成、超聲電鍍等.超聲與電化學(xué)的結(jié)合具有許多潛在的優(yōu)點(diǎn),這些優(yōu)點(diǎn)包括電極外表的清洗和除氣,電極外表的去鈍化,電極外表的侵蝕;加速液相質(zhì)量傳遞;加快反響速率;增強(qiáng)電化學(xué)發(fā)光;改變電合成反響的產(chǎn)率等.3.3超聲化學(xué)在催化化學(xué)中的應(yīng)用超聲作為一種特殊的能量作用形式,與熱能,光能和離子輻射能有顯著的區(qū)別.聲空化作用時(shí)間短,釋放出高能量.例如,在高溫條件下,有利于反響物種的裂解和自由基的形成,從而形成了更為活潑的反響物種,有利于二次反響的進(jìn)展,提高了化學(xué)反響的速率.同時(shí),氣泡崩潰時(shí)產(chǎn)生的高壓,一方面,有利于高壓氣相中的反響,

10、另一方面,由于高壓存在導(dǎo)致的沖擊波和微射流現(xiàn)象,在固液體系中起到很好的沖擊作用,特別是導(dǎo)致分子間強(qiáng)烈的相互碰撞和聚集,對(duì)固體外表形態(tài),外表組*有極為重要的作用.總之，超聲對(duì)于化學(xué)反響的影響，并不是直接作用于分子，而是間接地影響化學(xué)反響。3.4超聲在水處理過(guò)程的應(yīng)用超聲技術(shù)應(yīng)用于難降解有毒有機(jī)污染物時(shí),主要是當(dāng)超聲波照射水體環(huán)境時(shí),其高能量的輸出將產(chǎn)生渦漩氣泡,而氣泡內(nèi)部的高溫高壓狀態(tài),可將水分子分解生成強(qiáng)氧化性的氫氧自由基,這些自由基對(duì)于各種有機(jī)物都有很高的反響速率,可將其氧化分解成其它較簡(jiǎn)單的分子,最終生成CO2和H2O.大量的事實(shí)說(shuō)明,聲化學(xué)處理方法在治理廢水中難生物降解有毒有機(jī)污染物方面

11、卓有成效.對(duì)于有機(jī)相水相的多相反響體系,利用超聲波照射時(shí),被乳化的液體通過(guò)交織時(shí)間的接觸面積,快速進(jìn)展反響,甚至在沒(méi)有催化劑的條件下也能發(fā)生反響.有機(jī)物經(jīng)超聲處理后的分解產(chǎn)物與高溫燃燒處理類似.3.5超聲在納米材料制備中的應(yīng)用近年來(lái),聲化學(xué)方法已成為制備具有特殊性能新材料的一種有用的技術(shù).聲空化所引發(fā)的特殊的物理,化學(xué)環(huán)境已為科學(xué)家們制備納米材料提供了重要的途徑.用聲化學(xué)分解高沸點(diǎn)溶劑中的揮發(fā)性有機(jī)金屬前體時(shí),可以得到具有高催化性能的各種形式的納米構(gòu)造材料.在制備方法上主要有,超聲霧化分解法、金屬有機(jī)物超聲分解法、化學(xué)沉淀法和聲電化學(xué)法等.4 結(jié)語(yǔ)在過(guò)去20年,超聲化學(xué)的根底研究和應(yīng)用研究都已取得了豐碩的成果,但是,還有許多有待研究的課題.研究