[發明專利]磁場對溶液中置換反應的調控方法

在審

• 申請號: 201710863244.6
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107511120A
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 盛志高;劉財興;卞躍成
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: B01J19/08
• 分類號: B01J19/08;C22B3/46
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司34112
• 代理人: 郎海云

技術領域

本發明涉及化學置換反應領域，尤其涉及磁場對溶液中置換反應的調控方法。

背景技術

置換反應是單質與化合物反應生成另外的單質和化合物的化學反應，是化學中四大基本反應類型之一，覆蓋的化學領域極廣，其中金屬單質和酸溶液，或金屬單質鹽溶液的反應更是在工業生產和環境保護中廣泛存在。比如工業上的濕法煉銅就是鐵和硫酸銅的置換反應；環境中的重金屬汞離子對人體毒害巨大，在廢水處理中常用鐵屑去除有毒的汞離子。這些置換反應由于受金屬單質的活潑性、形貌和溶液濃度的限制，往往需要較長的反應時間，這無疑會增大人力物力的投入。磁場和溫度、壓強一樣，也是一種重要的熱力學參數，而且磁場不僅可以往體系中輸入能量，還可以無接觸地控制磁性物質以及離子的運動，從而影響大量的物理和化學過程。隨著社會的快速發展，資源短缺和環境問題日益突出，通過縮短反應時間，降低反應成本，越來越成為工業生產的迫切需求。

一般情況下，溶液中置換反應需要較長時間（反應后期溶液中離子濃度降低，反應越緩慢）。溶液中置換反應主要涉及溶液離子A和金屬單質B之間的電子轉移，溶液中的離子A擴散到金屬單質B表面，金屬單質B失去電子變成離子，溶液中離子A獲得電子變成單質或氣體。本發明是基于在溶液里發生置換反應的過程中，通過外加磁場的輔助，調控上述反應過程。

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供磁場對溶液中置換反應的調控方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種磁場對溶液中置換反應的調控方法，在溶液中發生置換反應過程中，外加磁場。

所述溶液中置換反應是金屬單質和鹽溶液的置換反應，或金屬單質和酸的置換反應。

所述溶液中置換反應是鎂和酸的置換反應、或鋁和酸的置換反應、或鋅和酸的置換反應、或鐵和酸的置換反應、或鐵和銅離子鹽溶液的置換反應、或鋅和銅離子鹽溶液的置換反應、或銅和銀離子鹽溶液的置換反應、或鎂和鐵離子鹽溶液的置換反應。

所述溶液中的置換反應是鋅和硫酸銅生成銅和硫酸鋅的置換反應，或鐵和硫酸銅生成銅和硫酸亞鐵的置換反應。

所述鋅或鐵尺寸為1um-1m，硫酸銅溶液濃度為0.01mol/L-10mol/L。

所述的外加磁場為穩態磁場或交變磁場。

所述穩態磁場是均勻磁場，磁場強度0.005T-10T；或者是梯度磁場，磁場強度0.005T-10T ,磁場梯度為0.1T²/m - 500T²/m。

所述交變磁場的磁場強度為5Gs-10000Gs，頻率為1Hz-500KHz。

所述的磁場對溶液中置換反應的調控方法，包括以下具體步驟：

（1）將反應物放入同一容器里；

（2）將反應體系放在外加磁場下進行置換反應。

所述置換反應溫度為-20℃～200℃。

本發明的有益效果：本發明在溶液中置換反應發生時外加磁場，不僅可以改變兩種反應物之間的電位差，還可以影響溶液中離子向金屬單質的擴散，從而調控溶液中置換反應的進程。

磁場對化學反應影響的工作雖然有很多，但是大部分集中在高分子聚合反應、光化學反應和電化學反應，并以磁場改變產物形貌的研究居多，而磁場影響溶液中置換反應的工作鮮有報道，本發明針對溶液中置換反應，首次使用磁場的手段調控其反應速率。

本發明是利用外加磁場在一定溫度條件下，大幅度地改變了溶液中置換反應需要的時間。這對于降低反應制備成本有巨大的效益價值，符合當前節約能源和保護環境的發展主題。

附圖說明

圖1是硫酸銅溶液在有無磁場下的顏色變化圖。

圖2是硫酸銅溶液在有無磁場條件下反應2小時后吸光度的對比圖。

具體實施方式

實施例

首先取7.98g的無水硫酸銅粉末，配置好250ml、濃度為0.2mol/L的硫酸銅溶液，然后取10ml硫酸銅溶液和0.18gZn粒，鋅粒直徑為2mm，放入培養皿中，將培養皿放入永磁鐵提供的磁場環境中，磁場強度500Gs，磁場梯度10T²/m。另制備完全相同的反應體系放入無磁場環境下。對兩個環境下的反應進行實時拍照記錄，結果如圖1所示。