全硫碳酸钠的制备及性质研究

论文摘要

全硫碳酸钠在农业、选矿、废水处理、半导体纳米材料的制备等领域有良好的应用前景,但到目前为止,其合成条件还过于苛刻,且产率较低。本文以离子液体作为催化剂通过硫化物（一价金属离子）的水溶液和二硫化碳反应合成全硫碳酸盐,研究了离子液体以及离子液体-微波共同作用对合成反应的影响,探索性地展开了以下几个方面的工作并得到了较好的实验结果。①为了全面的了解全硫碳酸盐的基本物性,实验通过丙酮萃取、乙醇溶解、乙醚置换的方法制备出全硫碳酸钠和全硫碳酸钾晶体。通过对制得晶体的XRD、差热图谱的分析发现,全硫碳酸钠是以Na2CS3·3H2O形式存在,其分解温度为150℃;而全硫碳酸钾是以K2CS3·H2O形式存在。对全硫碳酸钠的红外吸收光谱和其溶液的紫外吸收光谱图分析发现,其水溶液在可见光范围的最大吸收波长为502nm,全硫碳酸根以Π64大共轭键的形式存在。②探讨了一种快速测定全硫碳酸钠溶液浓度的方法。实验利用可见光分光光度法检测Na2CS3溶液的浓度,发现其在0.008mol/L～0.03mol/L范围内服从朗伯-比尔定律,其线性方程为A=14.726C,相关系数为0.9998。③研究了时间、温度等因素对全硫碳酸钠产率的影响:1)通过在传统加热下合成全硫碳酸钠,初步探索了合成反应的条件。结果表明,温度为40℃时,反应40min后达到平衡,产率为76.0%。对反应进行动力学分析,发现符合1-1级对峙反应规律, Ea=42.7kJ·mol-1,Ea’=93.2kJ·mol-1,Q=-50.5kJ·mol-1。2)在与传统加热相同的条件下用微波辐射（功率为600W）反应体系时,其产率只有60.5%;功率对产率也有影响,反应时间为15min时,功率为600W时产率相对最大,而反应时间为25min时,500W时产率相对最大。3)在传统加热下以离子液体作为相转移剂,能有效地促进合成反应的进行,当温度为40℃时,加入2mL离子液体（[BMIm]BF4）,反应35min后达到平衡,产率高达96%,而在微波辐射-离子液体共同作用下产率只有89%。④发现微波对合成反应有抑制作用,而离子液体不仅能作为相转移剂促进反应的进行,而且还具有稳定全硫碳酸根的作用,得到制备全硫碳酸钠的最佳条件是:离子液体[BMIm]BF42mL、反应温度40℃、反应时间35min,合成产率达到96%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 目前合成全硫碳酸钠存在的问题
• 1.1.1 全硫碳酸钠的性质及应用
• 1.1.2 合成全硫碳酸钠存在的问题
• 1.2 微波合成化学
• 1.2.1 微波简介
• 1.2.2 微波与物质的相互作用
• 1.2.3 微波促进反应的原因
• 1.2.4 微波在合成化学中的应用
• 1.3 离子液体合成化学
• 1.3.1 离子液体的发展历史和研究现状
• 1.3.2 离子液体的种类和制备方法
• 1.3.3 离子液体的性质
• 1.3.4 离子液体在合成化学中的应用
• 1.4 本文研究的目的、内容及创新性
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 研究工作的创新性
• 2 全硫碳酸盐（一价金属离子）的合成研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验仪器和试剂
• 2.1.2 实验步骤
• 2.2 表征仪器及条件
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 全硫碳酸铵的制备
• 2.3.2 全硫碳酸钠的制备与表征
• 2.3.3 全硫碳酸钾的表征
• 2.4 本章小结
• 3 全硫碳酸钠溶液浓度分析方法的研究
• 3.1 实验原理
• 3.1.1 滴定原理
• 3.1.2 可见光分光光度法
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器和试剂
• 3.2.2 实验步骤
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 滴定法测定全硫碳酸钠溶液的浓度
• 3.3.2 可见光分光光度法分析全硫碳酸钠浓度
• 3.4 本章小结
• 4 微波、离子液体对全硫碳酸钠合成的影响
• 4.1 通常条件下合成全硫碳酸钠
• 4.1.1 实验仪器和试剂
• 4.1.2 实验步骤
• 4.1.3 温度对全硫碳酸钠产率的影响
• 4.1.4 时间对全硫碳酸钠产率的影响
• 4.2 微波场下全硫碳酸钠的合成
• 4.2.1 实验仪器和试剂
• 4.2.2 实验步骤
• 4.2.3 微波功率对全硫碳酸钠产率的影响
• 4.2.4 反应温度对全硫碳酸钠产率的影响
• 4.2.5 反应时间对全硫碳酸钠产率的影响
• 4.2.6 微波对化学反应影响的原理
• 4.2.7 微波化学反应机理探讨的依据
• 4.2.8 微波抑制全硫碳酸钠合成机理的探讨
• 4.3 离子液体相转移催化全硫碳酸钠的合成
• 4.3.1 实验仪器和试剂
• 4.3.2 实验步骤
• 4.3.3 温度对对全硫碳酸钠产率的影响
• 4.3.4 时间对全硫碳酸钠产率的影响
• 4.3.5 离子液体的量对全硫碳酸钠产率的影响
• 4.3.6 离子液体相转移催化全硫碳酸钠合成机理
• 4.4 微波、离子液体辅助全硫碳酸钠合成
• 4.4.1 实验仪器和试剂
• 4.4.2 实验步骤
• 4.4.3 反应温度对全硫碳酸钠产率的影响
• 4.4.4 反应时间对全硫碳酸钠产率的影响
• 4.4.5 微波功率对全硫碳酸钠产率的影响
• 4.5 合成全硫碳酸钠反应动力学研究
• 4.6 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录