纳米合金与有机氯化物的反应性能及机理研究

论文摘要

本文采用液相化学还原法，以聚乙二醇为分散剂，在摩尔比为1∶1的硝酸铁和硝酸镍混合盐溶液中滴加碱性硼氢化钾溶液，不断搅拌，金属Fe3+、Ni2+被还原，制得纳米合金微粉。该合金粉末经400℃氢化还原，具有粒径小、表面能高、化学反应活性强等特点，在热斑作用下可以使性能稳定的有机氯化物的C-Cl键解裂并与其发生反应。将纳米合金与有机氯化物反应后粉末水洗，水洗产物经元素分析，表明有FeCl2、NiCl2和Cl2生成，其中Cl2由C-Cl键断裂生成的Cl原子或Cl自由基结合而成，FeCl2和NiCl2由Cl原子或Cl自由基与活性仍然较高的纳米合金结合而成。当水洗反应后纳米合金时，Cl2与水发生岐化反应，生成Cl-和ClO-。分别采用紫外-可见分光光度法、莫尔法和碘量法对反应生成的Fe2+、Ni2+、Cl-和ClO-含量进行了测定。对纳米合金与有机氯化物反应后有机相做液相色谱分析证实有新的有机相生成，结果表明，C-Cl键断裂产生的C自由基或含C自由基相互结合为新物质，其中，纳米合金与氯苯反应后产物中有联苯生成。由于实验条件以及自由基相互结合的多样化所限，实验中未对其他物质进行验证。对纳米合金与有机氯化物反应后经600℃氮气焙烧粉末采用TEM进行形貌分析，电子衍射花样图表明，反应后纳米合金的晶型发生了变化，由微观形貌图表明，反应后纳米合金的晶粒明显增大。对纳米合金与有机氯化物反应后的粉末进行XRD晶相分析表明，C-Cl键断裂产生的C自由基或含C自由基在结合为新物质的同时有一部分镶嵌在纳米合金表面，经600℃氮气焙烧与纳米合金中的Fe反应生成Fe2C和Fe3C。纳米合金与有机氯化物反应后经600℃氢化还原的粉末具有与反应前纳米合金相一致的晶相，只是由于高温焙烧，硼的氧化物的峰消失。对纳米合金与有机氯化物反应后的粉末经XPS分析同样表明，纳米合金与有机氯化物反应后经600℃氮气焙烧有Fe2C和Fe3C生成，但由于纳米合金反应不完全，只有一部分C或含C自由基镶嵌在纳米合金表面，并且纳米合金表面铁和硼的氧化富集导致表面产生了较厚的氧化层使得测到的Fe2C和Fe3C的含量较少；纳米合金与有机氯化物反应后经600℃氢化还原粉末，C以C单质的形式高度弥散在纳米合金表面；表面元素含量分析表明经600℃高温焙烧后粉末表面的硼含量较纳米合金反应前含量低。这些均与纳米合金的XRD测试结果相一致。以四氯化碳和氯苯为例对纳米合金与有机氯化物的反应性能进行了机理上的详细描述，采用元素分析、HPLC分析、XPS分析和XRD分析证实了反应机理是自由基链式反应机理，该类反应及反应机理的研究目前尚未见文献报道。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 纳米材料的接枝反应
• 1.3 纳米金属粉末的制备
• 1.3.1 气相法
• 1.3.2 液相法
• 1.3.3 固相法-高能球磨法
• 1.4 固体表面能的测定方法
• 1.4.1 接触角法测定固体表面能
• 1.4.2 理论计算法测定固体表面能
• 1.5 国内外研究现状
• 1.6 纳米材料的应用
• 1.6.1 催化材料
• 1.6.2 磁性材料
• 1.6.3 环保材料
• 1.7 课题研究的意义及主要工作
• 第2章 实验部分
• 2.1 药品和仪器
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 仪器设备
• 2.2 纳米合金的制备
• 2.2.1 纳米合金的合成原理
• 2.2.2 纳米合金的合成
• 2.2.3 纳米合金的氢化还原
• 2.3 纳米合金比表面积的测定
• 2.3.1 测定方法及原理
• 2.3.2 样品比表面积的测定
• 2.4 纳米合金与有机氯化物的反应
• 2.5 反应产物预处理
• 2.6 反应水洗产物的定量分析
• 2+、Ni²⁺含量的测定'>2.6.1 Fe²⁺、Ni²⁺含量的测定
• -含量的测定'>2.6.2 Cl^-含量的测定
• -含量的测定'>2.6.3 ClO^-含量的测定
• 2.7 产物液相色谱分析
• 2.8 反应水洗固体粉末定性分析
• 2.9 本章小结
• 第3章 实验结果与讨论
• 3.1 纳米合金的比表面积
• 3.2 纳米合金与一碳氯化物的反应性能
• 3.2.1 产物TEM表征
• 3.2.2 水洗产物元素含量分析
• 3.2.3 固体产物XRD分析
• 3.2.4 固体产物XPS分析
• 3.2.5 反应机理描述
• 3.3 纳米合金与1,2-二氯乙烷的反应性能
• 3.3.1 水洗产物元素含量分析
• 3.3.2 液相色谱分析
• 3.3.3 固体产物XRD分析
• 3.4 纳米合金与氯苯的反应性能
• 3.4.1 产物TEM表征
• 3.4.2 水洗产物元素含量分析
• 3.4.3 液相色谱分析
• 3.4.4 固体产物XRD分析
• 3.4.5 固体产物XPS分析
• 3.4.6 反应机理描述
• 3.5 纳米合金与邻二氯苯的反应性能
• 3.5.1 水洗产物元素含量分析
• 3.5.2 液相色谱分析
• 3.5.3 固体产物XRD分析
• 3.6 纳米合金反应前后的磁学性能
• 3.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢