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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 承德石油高等??茖W(xué)校</p><p> 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p><b> 說(shuō) 明 書</b></p><p> 設(shè)計(jì)題目: Keggin型P—W—V雜多酸 </p><p> 的合成與表征 </p><p>
2、 班 級(jí): 精化0601班 </p><p> 學(xué)生姓名: 萬(wàn) 麗 </p><p> 指導(dǎo)教師: 李 紅 耀 </p><p> 完成日期: 2009 年 6 月 12 日</p><p> 承德石油高等??茖W(xué)校</
3、p><p> 化工系畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書</p><p> 一、題目 Keggin型P—W—V雜多酸的合成與表征 </p><p> 設(shè)計(jì)學(xué)生姓名: 萬(wàn) 麗 </p><p><b> 二 、題目說(shuō)明: </b></p><
4、;p> 本題應(yīng)達(dá)到的基本要求</p><p> 1. 認(rèn)真查閱資料。</p><p> 2. 本著科學(xué)的態(tài)度,按照實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)。</p><p> 3. 實(shí)驗(yàn)所得紅外光譜圖中在7000-1100中出現(xiàn)4個(gè)特征峰。</p><p> 三、題目進(jìn)度安排(步驟、程序、時(shí)間)</p><p> 第 1 -
5、 6周:準(zhǔn)備、查閱資料。</p><p> 第 7 - 8周:擬定實(shí)驗(yàn)方案、統(tǒng)計(jì)所需實(shí)驗(yàn)藥品和儀器。</p><p> 第 9-10周:準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所需藥品儀器,繼續(xù)查閱資料。</p><p> 第11-13周:按照實(shí)驗(yàn)方案做實(shí)驗(yàn)。</p><p> 第14-15周:總結(jié)數(shù)據(jù),撰寫畢業(yè)論文。</p><p> 第
6、16-18周:整理論文、準(zhǔn)備答辯。</p><p> 交出任務(wù)時(shí)間:2009年 3 月 2 日;完成日期 6 月 10 日</p><p> 學(xué)生交出全部設(shè)計(jì)(論文)期限2009年 6 月 12 日</p><p> 指導(dǎo)教師 李紅耀 學(xué)生簽名 萬(wàn) 麗 </p><p> Keggi
7、n型P—W—V雜多酸的合成與表征</p><p> 摘要:論文綜述了鎢的主要性質(zhì)和用途、雜多化合物的性質(zhì)與合成以及其在催化、水質(zhì)緩釋劑、分析檢測(cè)、生物醫(yī)藥和無(wú)機(jī)離子交換等方面的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)采用酸化—乙醚萃取法合成P-W-V雜多化合物,并利用紅外光譜進(jìn)行分析和表征,結(jié)果表明此化合物紅外光譜具有Keggin結(jié)構(gòu)的四條特征峰,證明合成產(chǎn)物為具有Keggin結(jié)構(gòu)的雜多化合物。</p><p>
8、關(guān)鍵詞:鎢、雜多化合物、紅外光譜</p><p> THE SYNTHESIS AND characterization OF P-W-V</p><p> HETEROPOLY COMPOUND WITH KEGGIN STRUCTURE</p><p><b> ABSTRACT</b></p><p> P
9、aper summarized the main character and purposes of tungsten, the prpperties and synthesis methods of heteropoly compounds and the applications of it in catalytic, inhibitor in aqueous solution, analutical, bio-medicine a
10、nd inorganic ion-exchange. P-W-V heteropoly compound was synthesized by acid - ether extraction method, and it was analyzed and characterized by infrared spectroscopy. Results showed that this compound has the four chara
11、cteristic peaks on infrared spectra, and this proved that t</p><p> KEY WORDS: tungsren;heteropoly compound;infrared spectra</p><p><b> 目 錄</b></p><p> 第一章 綜述 …………
12、…………………………………………………………1</p><p> 1.1 鎢的主要性質(zhì)及用途 ……………………………………………………1</p><p> 1.2 雜多化合物(HPC)合成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì) ………………………………2</p><p> 1.2.1 HPC的合成及結(jié)構(gòu) …………………………………………………2</p><p&
13、gt; 1.2.2 HPC的性質(zhì) …………………………………………………………3</p><p> 1.2.2.1 酸性 …………………………………………………………4</p><p> 1.2.2.2 氧化還原性 …………………………………………………4</p><p> 1.2.2.3 溶解性 ………………………………………………………5</p&
14、gt;<p> 1.3 HPC的用途 ………………………………………………………………5</p><p> 1.3.1 作催化劑 ……………………………………………………………6</p><p> 1.3.1.1 多相催化功能 ………………………………………………7</p><p> 1.3.1.2 作水質(zhì)緩蝕劑 …………………………………
15、……………7</p><p> 1.3.2 用于化學(xué)檢測(cè)、分離和定向分析方面 ……………………………8</p><p> 1.3.3 具有無(wú)機(jī)離子交換劑的功能 ………………………………………8</p><p> 1.3.4 在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用 ……………………………………………8</p><p> 1.4 HPC型化合物的研究
16、現(xiàn)狀和發(fā)展前景 …………………………………9</p><p> 1.4.1 研究現(xiàn)狀 ……………………………………………………………9</p><p> 1.4.2 雜多化合物研究未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和展望 ……………………………10</p><p> 第二章 實(shí)驗(yàn) ……………………………………………………………………11</p><p&g
17、t; 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器 …………………………………………………………………11</p><p> 2.2 實(shí)驗(yàn)藥品 …………………………………………………………………11</p><p> 2.3 HmPW12-nVnO40合成 …………………………………………………… 11</p><p> 2.4 結(jié)果討論 ……………………………………………………
18、……………11</p><p> 2.4.1 紅外光譜 ……………………………………………………………14</p><p> 2.4.2 結(jié)果分析 ……………………………………………………………14</p><p> 第三章 結(jié)論 …………………………………………………………………15</p><p> 結(jié)束語(yǔ) ………………………
19、………………………………………………16</p><p> 致謝 …………………………………………………………………………17</p><p> 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………18</p><p><b> 綜 述</b></p><p> 鎢是銀白色高熔點(diǎn)金屬,具有硬度大,耐
20、磨、耐腐蝕等特性,廣泛用于制造合金等領(lǐng)域。鎢能形成許多性能優(yōu)良的雜多化合物。雜多酸(HPA)及其鹽統(tǒng)稱為雜多化合物(HPC),它是一類具有確定組成的含有氧橋的多核配合物。目前研究最多的是鎢的HPC,最近在新型催化劑開發(fā)、抗病毒、抗癌、無(wú)機(jī)離子交換劑和作為分析師幾等方面取得長(zhǎng)足的進(jìn)展。本文對(duì)近三十年有關(guān)鎢的雜多化合物及其在合成化學(xué)、化學(xué)工業(yè)、分析化學(xué)、臨床化學(xué)和醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用作一綜述。</p><p> 1.
21、1 鎢的主要性質(zhì)及用途</p><p><b> (一)鎢的性質(zhì)</b></p><p> 鎢是銀白色稀有高熔點(diǎn)金屬,外形似鋼,是重要的戰(zhàn)略金屬,鎢礦在古代被稱為“重石”。鎢在常溫下很不活潑,與大多數(shù)非金屬(除氟外)作用[1,2]。鎢有+2、+4、+5、+6價(jià),其中以+6價(jià)最為穩(wěn)定。</p><p> 鎢的熔點(diǎn)極高,能耐3000℃的高溫。
22、素有“烈火金剛”之美稱。硬度很大,蒸汽壓很低,蒸發(fā)速度也較小。鎢的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定,常溫時(shí)不跟空氣和水反應(yīng),不溶于鹽酸、硫酸、硝酸和堿溶液。王水只能使其表面氧化,溶于硝酸和氫氟酸的混合液。高溫下能與氯、溴、碘、碳、氮、硫等化合,但不與氫化合。</p><p><b> (二)鎢的主要用途</b></p><p> 鎢最重要的用途是在鋼鐵工業(yè)中是重要的合金元素,能提高
23、鋼的強(qiáng)度、硬度和耐蝕性。含鎢的硬質(zhì)合金(碳化鎢),硬度大、耐磨、耐蝕和耐熱,用于制造鉆頭、刀具和耐高溫的零件等。含鎢60%~90%的鎢銅(或鎢銀)合金是優(yōu)良的接觸材料,可用作電鍵、刀形開關(guān)、斷路器及點(diǎn)焊電極等。鎢鎳銅合金可作 和 射線的防護(hù)屏。在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中,由鎢和鎢滲銅(銀)制成的不甘落后冷卻噴管能耐3127℃的高溫和承受高壓、高招應(yīng)力。高密度鎢合金是穿甲彈的重要材料,在保齡球、標(biāo)槍等運(yùn)動(dòng)器
24、具上也有應(yīng)用。在照明及電子工業(yè)上作發(fā)光材料發(fā)射電極和 射線陰極靶。還可作高溫電阻爐加熱體。鎢和鎢錸(26%)合金所組成的熱電偶,可測(cè)量溫度范圍從室溫到2835℃。二硒化鎢可作自身潤(rùn)滑軸承的潤(rùn)滑劑,其潤(rùn)滑溫度范圍為-217~350℃。鎢的化合物顏料經(jīng)久耐用。</p><p> 鎢及其合金廣泛應(yīng)用于電子、電光源工業(yè)。用于制造各種照明用燈泡,電子管燈絲使用的是具有抗下垂性能的摻雜鎢絲。</
25、p><p> 鎢是高速工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、耐熱鋼和不銹鋼的主要合金元素,用于生產(chǎn)特種鋼的鎢的用量很大。</p><p> 由于鎢具有優(yōu)良的物理、機(jī)械抗腐蝕和核性能,因此在火箭、導(dǎo)彈、返回式宇宙飛船以及原子能反應(yīng)堆等尖端科學(xué)領(lǐng)域有著不可替代的重要作用。</p><p> 1.2 雜多化合物(HPC)合成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)</p><p>
26、 在某些多酸中,除了由同一種的酸酐組成多酸外,也可以由不同的酸酐組成多酸,成為雜多酸(Heteropoly acid ,HPA),雜多酸式強(qiáng)酸,非常易溶于水(包括部分雜多酸鹽)[3]。由于具有較大的分子量,所以得到的溶液比重很大而很稠。其相應(yīng)的鹽稱為雜多酸鹽。它們統(tǒng)稱為雜多化合物(Heteropoly Compound,HPC)。鎢鉬雜多化合物(HPC)是一類具有確定組成的含有氧橋的多核絡(luò)合物,它們主要含有鎢、鉬、磷、等元素?,F(xiàn)在已經(jīng)知
27、道有一百多種成分不同、結(jié)構(gòu)各異的雜多酸及其鹽。</p><p> 1.2.1 HPC的合成及結(jié)構(gòu)</p><p> 鎢鉬雜多化合物(HPC)常見(jiàn)的合成方法有酸化法、乙醚萃取法、離子交換法和降解法.近年來(lái),固相合成HPC的方法也得到應(yīng)用。其中酸化法是制備HPC的經(jīng)典方法,乙醚萃取法是制備HPC的最重要和使用最廣的一種方法[5,6]。另外還有電化學(xué)法和氧化物化學(xué)激活法[7],新型HPA的合
28、成是雜多酸化學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方面。</p><p> 雜多酸的通用分子結(jié)構(gòu)式是HnXM12O40和HnX2M18O52(式中M表示MO或W)?,F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的雜多酸有:H3PW12O40、H3PMO12O40、H4SiMO12O40,以及H6P2W18O62等。在大量發(fā)現(xiàn)的雜多陰離子結(jié)構(gòu)中,Keggin結(jié)構(gòu)是最有代表性的,除此之外,還有Dawson結(jié)構(gòu)、Anderson結(jié)構(gòu)、Waugh結(jié)構(gòu)、Silverton
29、結(jié)構(gòu)。Keggin結(jié)構(gòu)及衍生結(jié)構(gòu)(Dawson結(jié)構(gòu))的雜原子是屬于四面體配位的,而Anderson等結(jié)構(gòu)的雜原子是屬于八面體配位的。由雜多陰離子與反荷陽(yáng)離子(質(zhì)子、金屬離子等)組合雜多化合物的立體結(jié)構(gòu)稱為二級(jí)結(jié)構(gòu)。前人的研究結(jié)果表明 [2]:一級(jí)結(jié)構(gòu)相當(dāng)穩(wěn)定;二級(jí)結(jié)構(gòu)非常異變,隨著反荷陽(yáng)離子的電荷、半徑、電負(fù)性不同,既可影響HPC的酸性、氧化還原性,又能調(diào)變HPC的催化活性和選擇性。</p><p> 多酸化學(xué)
30、認(rèn)為,HPC陰離子由中心原子(或雜原子,以X表示)與氧離子組成的四面體(XO4)或八面體(WO6)配位而成,在HPC最基本的配位單元WO6中, 具有雙鍵、單鍵和極強(qiáng)性鍵3種化學(xué)鍵型,這是HPC顯現(xiàn)出獨(dú)特的催化性能的關(guān)鍵所在。</p><p> ?。?) 在表面結(jié)構(gòu)上有可能按一定的分布集中一定數(shù)目的不同中心組成催化劑的活性結(jié)構(gòu);</p><p> ?。?) 在不同氣氛(氧化、還原等)影響下,
31、結(jié)構(gòu)的表面集團(tuán)可以改變,但整體骨架不易變動(dòng),因此變化了的基團(tuán)較易恢復(fù)原狀,而結(jié)構(gòu)可變性恰好是催化劑的必具條件之一;</p><p> (3) 結(jié)構(gòu)的組成基元可變性很大,因此雜多酸結(jié)構(gòu)是使助催化劑發(fā)揮作用的重要手段;</p><p> ?。?) 結(jié)構(gòu)的表面具有離子交換性,有不少可供交換的質(zhì)子和離子,必要時(shí)可按需要交換直接暴露于表面的金屬離子,以調(diào)整其催化性能。</p><
32、;p> 1.2.2 HPC的性質(zhì)</p><p> HPC具有許多特殊的性質(zhì):化學(xué)計(jì)量的HPC組成簡(jiǎn)單;在水溶液和固態(tài)中具有穩(wěn)定均一的確定結(jié)構(gòu);既兼有配合物和金屬氧化物的結(jié)構(gòu)特征,又兼有酸性和氧化還原性能;既可以作為均相或多相反應(yīng)的催化劑,甚至兩者兼而有之的多功能催化劑。 另外,雜多化合物具有分子體積大、相對(duì)分子質(zhì)量高,對(duì)電子、質(zhì)子有傳輸作用和儲(chǔ)備能力,熱穩(wěn)定性高,“晶格氧”有活潑性和質(zhì)子酸性高等獨(dú)特的
33、性質(zhì)。此外,雜多化合物還具有無(wú)毒、無(wú)味、不揮發(fā)、可以用有機(jī)溶劑萃取便于分離的特點(diǎn)。</p><p> 1.2.2.1 酸性</p><p> HPC不論是溶液還是固體都是強(qiáng)陽(yáng)質(zhì)子酸,其酸性比組成元素的含氧酸和一般無(wú)機(jī)酸的酸性要強(qiáng)。雜多酸除可在水溶液中顯示酸性外,在有機(jī)溶劑中也可解離出質(zhì)子,顯示其強(qiáng)酸性。不同結(jié)構(gòu)的雜多酸的酸性大小順序?yàn)椋篐PW>HSiW>HPMo>HS
34、iMo[9]。</p><p> 一般來(lái)說(shuō),雜多鎢酸的酸性比雜多鉬酸強(qiáng),只有含適量結(jié)晶水時(shí)HPC才表現(xiàn)出最大的酸性。</p><p> 1.2.2.2 氧化還原性</p><p> HPC也是一種多電子氧化劑,這主要是由于其分子結(jié)構(gòu)中的配位多原子可以不連續(xù)地獲得多個(gè)電子,并且陰離子結(jié)構(gòu)不受破壞,還原態(tài)的雜多陰離子又能可逆地氧化到原來(lái)的狀態(tài)。這是HPC作為氧化還
35、原反映催化劑的理論基礎(chǔ)。</p><p> 由于HPA的陰離子是由多個(gè)易于傳遞電子的過(guò)渡金屬離子組成的,因此隨著所含配位原子及中心原子性質(zhì)的不同,可以形成能接受多個(gè)電子的氧化劑。這種氧化劑及其還原產(chǎn)物(雜多藍(lán))之間的氧化-還原性能,均有可能成為獨(dú)特的氧化-還原催化性能。在作為氧化性催化劑是,HPC具有再生速度快、選擇性能高以及催化活性優(yōu)異等特點(diǎn)。例如由乙烯制乙醛的反映在50年代末是用瓦克法,所采用的PdCl2-
36、CuCL2催化體系操作條件溫和但存在下列缺點(diǎn);1設(shè)備腐蝕嚴(yán)重;選擇性能差且副反應(yīng)多,當(dāng)酸性介質(zhì)中有高濃度Cl存在時(shí)會(huì)生成氯化副產(chǎn)物。到了70年代中期用HPA代替CuCl2作催化劑,上述存在的問(wèn)題便得到極大的改善。如用Pd2+-PMA代替PdCl2-CuCl2作催化劑,氧化乙烯的活性比瓦克法大30-100倍,乙醛的選擇性可達(dá)97%[1]。</p><p> 1.2.2.3 溶解性</p><p
37、> HPC能溶于水,還能溶于多種含氧有機(jī)溶劑,并且在有機(jī)溶劑中具有比在水溶液中更高的穩(wěn)定性。在溶液狀態(tài)下,由于雜多酸的“假液相”結(jié)構(gòu),使得催化反應(yīng)能同時(shí)發(fā)生在雜多酸的表相和體相。因此,即使是多相催化,也能同時(shí)表現(xiàn)多相和均相兩種催化效能,這是HPC具有高度催化活性的重要原因。由于HPC具有這種兼容并蓄的功能,近10多年來(lái),在有關(guān)HPC的合成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)方面,人們進(jìn)行了大量的研究工作。</p><p> 1
38、.3 HPC的用途</p><p> 憑借這些優(yōu)良性能,雜多酸被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,特別是在分析化學(xué)和催化劑方面用的最廣[3,4]。近年來(lái),在功能材料、分子(電子)器、無(wú)機(jī)藥物等方面的研究應(yīng)用充分顯示了鎢鉬雜多化合物的新用途,如圖1.1所示。</p><p> 圖1.1鎢鉬雜多化合物的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p> 1.3.1 作催化劑</p>&
39、lt;p> 目前工業(yè)生產(chǎn)中常用的幾種酸催化劑,如硫酸、氫氟酸等都有極大的腐蝕性,既污染環(huán)境,又有害人體。人們正在尋求可取代它們的更安全、高效的酸催化劑。則雜多酸作為性能良好的酸催化劑備受人們青睞。</p><p> 由于HPC對(duì)設(shè)備的服飾性弱,對(duì)環(huán)境的污染小,可視為一種“清潔”的催化劑,雜多化合物以其相當(dāng)高的分子量和高的質(zhì)子酸性已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用與化學(xué)工業(yè)中,尤其是用作酸性催化劑[10]。</p&g
40、t;<p> 在酯化反應(yīng)中應(yīng)用較多的是H3PW12O40、H4SiMo12O40、H3PMo12O40等催化劑,其催化活性基本與其在溶液中的酸強(qiáng)度一直。在酸、醇均相酯化反應(yīng)中雜多酸的催化活性比硫酸高得多,反應(yīng)選擇性好,不腐蝕設(shè)備,對(duì)環(huán)境污染小。目前用作催化劑的HPC主要是具有HnAB12·XH20的結(jié)構(gòu)Keggin型雜多酸,如十二磷鎢酸(H3PW12O40,H4SiMo12O40·XH20)、十二硅鎢
41、酸(H4SiMo12O40·XH20)、十二磷鉬酸(H3PMo12O40·XH20,H3PW12O40)等。</p><p> 因?yàn)殡s多化合物按化學(xué)計(jì)量合成并且結(jié)構(gòu)確定,既有配合物和金屬氧化物的結(jié)構(gòu)特征,又有酸性和氧化還原性質(zhì);可以做為均相或多相催化劑,又可作為能同時(shí)傳遞質(zhì)子和電子的雙功能催化劑。在許多反映中,它的催化活性和選擇性超過(guò)復(fù)合氧化物和分子篩。在應(yīng)用上,盡管雜多酸不如硫酸、鹽酸價(jià)格
42、低廉,但是雜多酸具有不揮發(fā)性、無(wú)味、熱穩(wěn)定性高、基本上無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。并且雜多酸型催化劑催化活性更高,有些情況下能夠反復(fù)多次使用。</p><p> 有許多HPC用作催化劑的例子,如盛鳳軍[11]硅鎢酸合成鄰苯二甲酸二正辛酯;楊金水[12],倪春梅[13],齊建國(guó)和蔣蘭宏[14]TiSiW12O40-TiO2、硅鎢雜多酸和磷鉬雜多酸催化合成蘋果酯;李華明[15]雜多酸催化環(huán)乙烯氧化合成己二酸;楊水金等[16]硅鎢
43、雜多酸催化合成縮醛(酮);李貫良等[17]用磷鉬雜多酸催化合成醋酸正丁酯;高麗娟等[18]人用磷鉬雜多酸催化合成乳酸正丁酯;趙地順等[19]人用磷鉬雜多酸催化合成乙酸乙酯;林華、吳慶銀、楊水金、張余[20-23]磷鎢雜多酸(鹽)、雜多鎢酸、TiSiW12O40-TiO2催化合成丁酸異戊酯。</p><p> 1.3.1.1 多相催化功能</p><p> 由于HPC二級(jí)結(jié)構(gòu)具易變性,因
44、此固體雜多化合物可通過(guò)吸收大量的極性分子(如H2O、醇等)而是自身的體積膨大,吸附-脫附過(guò)程通常是迅速的,而且伴隨發(fā)生二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化。這種狀態(tài)在某些方面類似于濃溶液,介于固體與溶液之間,故被稱為假液相[2]。由于固體HPC具有這種假液相特性,且某些反映主要發(fā)生在這種體相內(nèi),故稱為體相型反應(yīng)。在體相型反應(yīng)中有機(jī)底物可進(jìn)入HPA二級(jí)結(jié)構(gòu)中,例如用H3PW12O40催化異丙醇脫水反應(yīng)就屬于“體相型”反應(yīng)[5],在反應(yīng)過(guò)程中異丙醇可進(jìn)入體相內(nèi)部
45、,因而體相中的酸點(diǎn)也起催化作用。在HPC固體表面上發(fā)生的反應(yīng)稱為表面型反應(yīng)[4],即丁烯-1主要在表面酸點(diǎn)上進(jìn)行反應(yīng)。已有的文獻(xiàn)資料表明,HPA催化下的乙醇脫水反應(yīng)是兼有兩種類型的反應(yīng),分子內(nèi)脫水屬于體相型反應(yīng),而分子間脫水則屬于表層型反應(yīng)。</p><p> 1.3.2 作水質(zhì)緩蝕劑</p><p> 隨著工業(yè)的發(fā)展,鋼鐵、有色金屬及其合金的應(yīng)用日益廣泛,與此同時(shí)大氣、油水、土壤以及
46、工業(yè)上應(yīng)用的酸,堿和鹽對(duì)材料的腐蝕也愈來(lái)愈嚴(yán)重。鎢鉬雜多酸化合物則作為性能優(yōu)良的水質(zhì)緩蝕劑而廣泛被采用。研究表明,鎢系雜多化合物的緩蝕效果不同與單一鎢酸鈉,比單獨(dú)使用同樣量的WO2-42,PO3-43,SiO4-44緩蝕效果好。由于磷元素在磷鎢雜多酸鹽中的重量比例小,因此作為緩蝕劑是磷鎢雜多酸鹽比磷系水質(zhì)緩蝕劑大大降低了水中含磷量,從而減少了菌藻微生物的繁殖,降低了環(huán)境污染。同時(shí)發(fā)現(xiàn)磷鎢雜多酸鹽比鎢硅雜多酸鹽環(huán)視效果好。因此磷鎢雜多酸鹽
47、是種有前途的新型水質(zhì)穩(wěn)定劑。張?zhí)m萃[24]研究Na8SiW11O39-ZnCl2復(fù)配緩蝕劑的緩釋作用。發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入葡萄糖酸鈉,不僅可提高緩飾率,且可減少主緩蝕劑的投加量,有希望成為高效、低毒的優(yōu)良復(fù)合緩蝕劑,具有廣闊的應(yīng)用前景。硅鎢雜多酸在濃縮倍數(shù)低的水介質(zhì)中對(duì)低碳鋼具有良好的緩飾性,雜多酸的動(dòng)態(tài)緩飾效果優(yōu)于靜態(tài)緩飾效果,磷鎢雜多酸的緩飾性能優(yōu)于鉬系雜多酸的緩飾性能[25]。</p><p> 1.3.3 在化學(xué)
48、檢測(cè)、分離和定量分析方面 </p><p> 雜多化合物以其高的相對(duì)分子質(zhì)量、電化學(xué)活性和能被還原為有顏色的物質(zhì)(雜多藍(lán))、可結(jié)合元素的多樣性等特性長(zhǎng)期以來(lái)被用于檢測(cè)、分離和定量分析。利用雜多化合物可測(cè)定許多藥物和材料,例如卞海霞等[26]用磷鉬鎢雜多酸作顯色劑快速測(cè)定水果蔬菜中Vc的含量,申金山等人[27]對(duì)魯米諾-磷鉬雜多酸-鉍化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)鉍可使體系的發(fā)光強(qiáng)度減弱,據(jù)此建立了測(cè)定鉍的新化學(xué)發(fā)光
49、分析法。畢莉,楊亞玲等[28]利用磷鎢鉬-羅丹明G-OP法測(cè)定痕量磷。婁天軍,尤希鳳[29]用硅鉬雜多酸分光光度法測(cè)定了食品中抗壞血酸。</p><p> 雜多酸用于分析測(cè)定,主要有下面三個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn):</p><p> 1 提高了分析測(cè)定的靈敏度</p><p><b> 2 提高了選擇性</b></p><p>
50、 3 擴(kuò)大了分析范圍。</p><p> 1.3.4 具有無(wú)機(jī)離子交換劑的功能</p><p> 由于HPC結(jié)構(gòu)的表面具有離子交換性,有不少可供交換的離子與質(zhì)子,因而HPC可用作無(wú)機(jī)離子交換劑。如P-Ti-V新型無(wú)機(jī)交換劑及水合磷銻酸鹽等就具有交換容量大、耐高溫、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)。</p><p> 1.3.5 在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用</p>&l
51、t;p> 順鉑和碳鉑具有抗腫瘤、抗癌作用。但是,由于其毒性大,尋找毒性更小,治療效果更明顯的抗惡性腫瘤藥物,如二鹵茂鐵類配合物、金屬卟啉配合物等。專家證明HPC具有抗腫瘤、抗病毒和抗病毒潛伏的生物活性;如一些體積較大的雜多鎢酸鹽陰離子[SiW12O40]、[BW12O40]、[PW18O52]及[As2W18O62]。最近研究發(fā)現(xiàn)一些生物體內(nèi)含有鎢,并且已經(jīng)分離出幾種含鎢的酶,如醛鐵氧化還原酶(AOR),由X射線晶體衍射確定其結(jié)
52、構(gòu)。魯曉明等[32]合成了幾種鉬鎢氧轉(zhuǎn)移酶并且測(cè)定了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和活性;哈佛大學(xué)的Holm等利用鎢酶的活性中心,合成了一系列的2-(2-硫烯)鎢(Ⅳ、Ⅵ)[33]的配合物。</p><p> 早在20世紀(jì)70年代初,人們就發(fā)現(xiàn)HPC具有抗病毒、抗癌活性,如1974、1975年報(bào)道的[NaSb9W21O86]和(NH4)16[Sb8W20O80]·32H2O就具有這種功能。尤其是[NaSb9W21O86]
53、,在體外和體內(nèi)試驗(yàn)條件下,使用對(duì)細(xì)胞無(wú)毒性劑量時(shí),都表現(xiàn)出了抗病毒和抗腫瘤的性質(zhì),同時(shí)又是細(xì)胞、細(xì)菌以及病毒DNA和RNA聚合酶的有效抑制劑。近幾年又發(fā)現(xiàn)穴狀雜多陰離子[KAs4W40O140]的某些衍生物具有抗艾滋病毒活性,而[LnW10O30]系列稀土雜多化合物也可作為抗腫瘤藥物。最近報(bào)道的(NH4)18[NaSb11W21O88]·24H2O(結(jié)構(gòu)代號(hào)為HPA-23)具有很高的抗艾滋病活性,且在法國(guó)已進(jìn)入臨床使用。然而,
54、對(duì)于從分子水平研究雜多酸化合物抗病毒的機(jī)理國(guó)內(nèi)尚少見(jiàn)報(bào)道。最近我國(guó)學(xué)者用谷胱甘肽作為病毒包絡(luò)蛋白的模擬物,用NMR方法研究雜多酸HPA-23與它的作用,結(jié)果表明還原型和氧化型谷胱甘肽以C末端COO-和HPA-23骨架上鎢原子配位,還原型谷胱甘肽側(cè)鏈上的疏基(SH)也參加配位COSY譜證明了SH配位為慢交換反映。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo),Anderson及Keggin結(jié)</p><p> 另外,HPC在臨床化學(xué)、藥劑制備、殺蟲
55、劑和生物活性分子等方面都有應(yīng)用。</p><p> 1.4、HPC型化合物的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景</p><p> 1.4.1 研究現(xiàn)狀</p><p> 目前雜多酸化合物的研究主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:</p><p> 新物種的合成,包括采用一些新的實(shí)驗(yàn)手段,從HPC本身結(jié)構(gòu)特征(籠型)出發(fā),合成一匯總新的特殊結(jié)構(gòu)和性能的HPA物種。
56、如:層柱型雜多酸催化劑的合成。</p><p> 對(duì)現(xiàn)有的雜多酸化合物催化研究,包括對(duì)HPA催化機(jī)理和催化性能的理論研究,也包括對(duì)HPC在工業(yè)上的應(yīng)用研究。</p><p> 對(duì)HPC結(jié)果化學(xué)研究,包括對(duì)新的雜多酸化合物結(jié)構(gòu)確定,和運(yùn)用量子化學(xué)方法對(duì)HPC在的原子坐標(biāo)和分子軌道的計(jì)算,并由此預(yù)測(cè)新的化合物的存在。</p><p> 對(duì)雜多酸化合物功能性質(zhì)的研究
57、。</p><p> 對(duì)負(fù)載型雜多酸的研究和應(yīng)用,負(fù)載型雜多酸可以克服純的固體雜多酸催化劑存在比面積?。?lt;10㎡/g)和一定程度的污染腐蝕等不足,還可以增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性,并可重復(fù)使用。</p><p> 1.4.2 雜多酸化合物研究未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和展望</p><p> 雜多酸化學(xué)的研究將重要集中在以下兩個(gè)方面:</p><p&g
58、t; 對(duì)雜多酸化合物的應(yīng)用研究</p><p> 對(duì)適合于工業(yè)生產(chǎn)中的催化劑的開發(fā)研究,如一系列負(fù)載型雜多酸的開發(fā)、應(yīng)用和研究。</p><p> 對(duì)雜多酸功能性質(zhì)(電性質(zhì)、磁性質(zhì)、光性質(zhì)等)方面的開發(fā)研究。如合成具有應(yīng)用前進(jìn)的磁性材料、非光學(xué)線性材料、超分子材料等。</p><p> 多雜多酸藥物方面的應(yīng)用研究莫如對(duì)抗癌、抗HIV病毒等雜多酸系列藥物的研究
59、。</p><p> 多雜多酸化合物的基礎(chǔ)理論研究</p><p> 對(duì)雜多酸化合物催化機(jī)理及抗病毒、抗癌機(jī)理的研究。</p><p> 對(duì)雜多酸化合物的性能組成元素、化學(xué)鍵及其結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究。</p><p> 如何運(yùn)用理論知道來(lái)進(jìn)行雜多酸化合物的分子設(shè)計(jì)和對(duì)現(xiàn)有雜多酸化合物性質(zhì)和結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行合理的理論解釋。</p>
60、<p> 總之,HPC除了在化學(xué)工業(yè)、材料、臨床化學(xué)及醫(yī)學(xué)等方面的廣泛應(yīng)用,近30年來(lái),有關(guān)雜多化合物應(yīng)用方面的報(bào)道日益增多,使雜多化合物在應(yīng)用上顯示出很大潛力,成為令國(guó)內(nèi)外學(xué)者矚目的新課題。目前,HPC化學(xué)正和原子簇化學(xué)一樣,以研究一類最有應(yīng)用前景的具有優(yōu)異性能的配合物(功能材料)為人們所矚目。隨著對(duì)雜多化合物研究的深入和廣泛,必將會(huì)開拓出更多新的應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p><b> 第
61、二章 實(shí) 驗(yàn)</b></p><p> 本實(shí)驗(yàn)采用酸化—乙醚萃取法合成P—W—V雜多化合物,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得樣品進(jìn)行紅外光譜分析,以確定此雜多化合物是否具有Keggin結(jié)構(gòu)。并且對(duì)不同方式所得的產(chǎn)品加以分析對(duì)比,以確定得到產(chǎn)品的更好方法。</p><p><b> 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器</b></p><p> 250ml三口
62、燒瓶,100ml量筒,玻璃棒,膠頭滴管,回流裝置,鐵架臺(tái),磁力攪拌器(或電動(dòng)攪拌器),加熱套(或水浴鍋),250ml分液漏斗,500ml燒杯,100ml燒杯。</p><p><b> 2.2 實(shí)驗(yàn)藥品</b></p><p> 無(wú)水Na2CO4(分析純),V2O5(分析純),Na2WO4·2H2O(分析純),98%H2SO4(分析純),Na2HPO4&
63、#183;12H2O(分析純),乙醚(分析純),PH試紙</p><p><b> 2.3 實(shí)驗(yàn)方法</b></p><p> 2.3.1 HmPW12-nVnO40合成</p><p> 先將實(shí)驗(yàn)所用的儀器全部刷凈,待用。用電子天平稱取所需實(shí)驗(yàn)藥品的質(zhì)量,精確到0.01g。</p><p> 將1.38g的無(wú)水
64、Na2CO3溶于150ml水中,加熱至沸,緩慢加入1.82gV2O5反應(yīng)并分解,分解完全后 ,加入適量的KMnO4至溶液顯淺紅色,再加入7.16gNa2HPO4·12H2O和73.12gNa2WO4·2H2O繼續(xù)回流加熱5h,停止加熱,邊攪拌邊緩慢底加1:1的硫酸至PH為2.5左右,降低至室溫,將反應(yīng)物轉(zhuǎn)移至分液漏斗,加入適量乙醚充分振蕩,逐漸加入適量的1:1的硫酸繼續(xù)振搖,靜止后,分層,分出下層鮮紅的醚萃取物。&l
65、t;/p><p><b> 此處利用兩種方法:</b></p><p> 1)用流動(dòng)的空氣吹醚至干,將所得的產(chǎn)物(小燒杯)用紅外光譜進(jìn)行分析。</p><p> 2)用回流裝置對(duì)萃取物進(jìn)行回流,得到產(chǎn)物(大燒杯)。</p><p> 合成產(chǎn)物化學(xué)結(jié)構(gòu)采用紅外光譜(IR)進(jìn)行表征。結(jié)果如下圖:</p>&
66、lt;p><b> 2.4結(jié)果討論</b></p><p><b> 2.4.1紅外光譜</b></p><p> 具有Keggin結(jié)構(gòu)的1:12系列雜多酸化合物分子中氧原子有四種位置,其中紅外光譜有四個(gè)特征峰,位置在紅外光譜指紋區(qū)700—1100cm-1,水分子的彎曲振動(dòng)頻率在1610—1650cm-1。一般認(rèn)為磷鎢雜多酸各鍵的反對(duì)
67、稱伸縮振動(dòng)頻率如下所示:</p><p> P—Oa:1079cm-1</p><p> W=Od:983cm-1</p><p> W—Ob—W:890—850cm-1</p><p> W—Oc—W:800—760cm-1</p><p> 當(dāng)雜多化合物中的配位原子被其它原子取代時(shí),紅外光譜特征峰的位置回
68、發(fā)生偏移。</p><p> 從圖中可以看到以下4個(gè)Keggin結(jié)構(gòu)雜多酸的特征吸收峰,在1075cm-1左右均出現(xiàn)了磷與內(nèi)氧鍵Oa(即四面體氧)的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰,981cm-1左右出現(xiàn)的峰為配位原子(W)與端氧鍵Od(每個(gè)八面體的非公用氧)的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰,885cm-1左右出現(xiàn)的峰為配位原子(W)與橋氧鍵Ob(屬于不同3中金屬簇角頂共用氧)的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰,792cm-1左右出現(xiàn)的峰位配位原子(W
69、)Oc(屬于同一3中金屬簇共用氧)的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰。除了Keggin結(jié)構(gòu)的4個(gè)特征峰外,在3430和1630cm-1左右出現(xiàn)的為晶格水的伸縮和彎曲振動(dòng)峰,在1100—1200cm-1區(qū)域內(nèi)不存在吸收峰,與PWA的紅外光譜圖相比較,由于V原子部分取代W原子的位置,W—Oc—W振動(dòng)峰的位置發(fā)生位移,這與其它取代型的Keggin結(jié)構(gòu)雜多陰離子的IR譜圖的規(guī)律是一致的。由此可以推斷,合成的產(chǎn)物是具有Keggin結(jié)構(gòu)的PWVA雜多化合物。<
70、;/p><p><b> 2.4.2結(jié)果分析</b></p><p> 本實(shí)驗(yàn)采用兩種方法得到產(chǎn)品:回流(50℃)制得產(chǎn)品(大燒杯)和流動(dòng)空氣吹醚至干法(小燒杯)。最終所得產(chǎn)品都進(jìn)行紅外光譜檢測(cè),發(fā)現(xiàn)回流所得產(chǎn)品紅外光譜圖特征峰很明顯,非常復(fù)合題目要求,流動(dòng)空氣吹醚至干法所得產(chǎn)品進(jìn)過(guò)紅外光譜檢測(cè)后,發(fā)現(xiàn)特征峰與要求標(biāo)準(zhǔn)略有偏差,主要特征峰位置基本正確。</p&g
71、t;<p> 從而得出回流法所得產(chǎn)品效果較好,回流在實(shí)驗(yàn)分離后即可進(jìn)行,全程基本沒(méi)有雜質(zhì)進(jìn)入樣液中既得產(chǎn)品,而吹醚至干法則不同,當(dāng)樣液在空氣中存放時(shí),由于空氣的流動(dòng)性,必然將空氣中的塵土和一些化學(xué)雜質(zhì)吹進(jìn)樣液中,最終得到的產(chǎn)品也已經(jīng)不再是原產(chǎn)品,基本上是個(gè)混合物,所以所得的紅外光譜圖于標(biāo)準(zhǔn)略有偏差。</p><p> 經(jīng)紅外光譜分析后結(jié)構(gòu)與理論結(jié)果有一定的差距,我認(rèn)為造成偏差的原因有如下幾點(diǎn):&
72、lt;/p><p> (1) 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室設(shè)備有限,乙醚沒(méi)有完全除去,對(duì)分析結(jié)果造成干擾;</p><p> (2) 回流溫度和試驗(yàn)溫度沒(méi)有控制好,導(dǎo)致反應(yīng)不完全;</p><p> (3) 酸度沒(méi)有控制好;</p><p> (4) 回流時(shí)間短,反應(yīng)物沒(méi)有全溶解,反應(yīng)不完全;</p><p> (5) 在吹干過(guò)程
73、中由于是空氣吹干,而空氣中存在雜質(zhì)導(dǎo)致產(chǎn)物中進(jìn)入許多雜質(zhì);</p><p> (6) 人為因素造成的不可避免的誤差等;</p><p> (7) 得產(chǎn)品的回流過(guò)程中回流的程度沒(méi)有掌握好,導(dǎo)致產(chǎn)品變質(zhì)。</p><p><b> 第三章 結(jié) 論</b></p><p> 本實(shí)驗(yàn)采取酸化—乙醚萃取法合成了P—W—
74、V雜多化合物,紅外光譜表征具有Keggin結(jié)構(gòu)的四條特征峰,說(shuō)明合成了預(yù)期的產(chǎn)物。</p><p> 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用兩種方法得到產(chǎn)品,分別是流動(dòng)空氣吹醚至干法和回流法,最后通過(guò)對(duì)兩種方法得到的產(chǎn)品進(jìn)行比對(duì),分別做出了紅外光譜圖,紅外光譜分析表明發(fā)現(xiàn)回流所得產(chǎn)品紅外光譜圖特征峰相對(duì)于流動(dòng)空氣吹醚至干法所得譜圖明顯,流動(dòng)空氣吹醚至干法所得譜圖特征峰與要求標(biāo)準(zhǔn)略有偏差,主要特征峰位置基本正確。結(jié)果說(shuō)明回流法所得產(chǎn)品較
75、為純凈,雜質(zhì)相對(duì)少,符合本次實(shí)驗(yàn)要求,也更好的說(shuō)明此雜多化合物具有Keggin結(jié)構(gòu)。</p><p> 本實(shí)驗(yàn)方案比其它方案要節(jié)省時(shí)間 ,且容易控制、節(jié)省開支。但是要特別注意酸度和回流溫度的的控制,在吹干過(guò)程中防止空氣中雜質(zhì)進(jìn)入樣液并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要反復(fù)的分離,以免造成試劑的浪費(fèi)。</p><p><b> 結(jié) 束 語(yǔ)</b></p><p&g
76、t; 大學(xué)的生活也許將要以此作為一個(gè)結(jié)束了,但大學(xué)結(jié)束了,我們的精神不能結(jié)束,我們追求我們事業(yè)的壯志雄心永遠(yuǎn)也不能結(jié)束。大學(xué)給了我們一個(gè)追求輝煌的夢(mèng)想。而我就在這個(gè)夢(mèng)想的指引下努力的振翅飛翔!</p><p> 三年大學(xué)生活匆匆而過(guò),畢業(yè)設(shè)計(jì)也許是我們大學(xué)生活的最后句點(diǎn)。在三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,老師的悉心指導(dǎo)以及嚴(yán)格要求使我在做設(shè)計(jì)的同時(shí)學(xué)到了更多知識(shí)以致于更加順利的完成了設(shè)計(jì)。我所設(shè)計(jì)的畢業(yè)課題是《Ke
77、ggin型P-W-V雜多酸的合成與表征》,從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計(jì),每一步對(duì)我來(lái)說(shuō)無(wú)疑是巨大的嘗試和挑戰(zhàn),也成為了我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的課業(yè)。在具體設(shè)計(jì)的過(guò)程中我遇到了很多的困難,我不斷的摸索,不斷的提出問(wèn)題,然后去論證、推翻,在接著提出新的問(wèn)題。在這個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程中,隨著自身不斷的努力和老師不懈的幫助指導(dǎo)是使得我這篇原本稚嫩的設(shè)計(jì)得以完善。</p><p> 雖然我的設(shè)計(jì)可能并不成熟,但是它已經(jīng)
78、向我提供了一個(gè)平臺(tái),我想在這次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,我一定可以在今后走上社會(huì)之后更加成熟與自信的完成每一次任務(wù)。</p><p><b> 致 謝</b></p><p> 時(shí)光飛逝,經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的忙碌,在老師的辛勤指導(dǎo)下我的《Keggin 型P—W—V 雜多酸的合成與表征》終于順利完成。雖然已在油專的校園里學(xué)習(xí)了三年,然而當(dāng)遇到實(shí)際問(wèn)題是還是缺乏經(jīng)驗(yàn),由于這是第一次
79、獨(dú)立完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù),所以困難是在所難免的,然而老師的督促與指導(dǎo)給了我很多的信心,使這次設(shè)計(jì)能克服重重困難得以完成。</p><p> 因此,在這里首先我要感謝我的指導(dǎo)老師。雖然他平日里工作繁忙,但是在我設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中依然悉心的給予了我很多的指導(dǎo)與幫助。老師豐富的專業(yè)知識(shí)以及他嚴(yán)謹(jǐn)教學(xué)的工作態(tài)度是我深深敬佩的,在今后的學(xué)習(xí)與工作過(guò)程中我將以他為榜樣,更加完善自己。</p><p> 其
80、次,我要感謝在大學(xué)三年的學(xué)習(xí)生活過(guò)程中所有的老師,他(她)們的辛勤教育使得我們能夠掌握扎實(shí)的專業(yè)知識(shí),同時(shí)我要感謝我所有的同學(xué)們,正式因?yàn)橛辛四銈兊闹С峙c鼓勵(lì),我的大學(xué)生活才會(huì)如此的豐富多彩。</p><p> 最后,我要感謝承德石油高等??茖W(xué)校三年來(lái)對(duì)我的大力栽培。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> 1 黃佩
81、麗,田荷珍?;A(chǔ)元素化學(xué)[M]。北京:北京師范大學(xué)出版社,1994.</p><p> 2 劉英俊,馬東升。鎢的地球化學(xué)[M]。北京:科學(xué)出版社,1997.</p><p> 3 楊水金,孫聚堂,秦子斌。雜多酸(鹽)配合物及其應(yīng)用[J]。湖北化工,1993,(1):17-19.</p><p> 4 楊水金。雜多酸(鹽)配合物及其應(yīng)用[D]。武漢:武漢大學(xué)碩士
82、研究生學(xué)位論文,1993.</p><p> 5 楊水金,胡希定。鎢和鉬的雜多化合物及其催化作用[J]。湖北工學(xué)院學(xué)報(bào),1992,7(2):63-69.</p><p> 6 楊水金,胡希定。鎢和鉬的雜多化合物及其應(yīng)用[J]。湖北工學(xué)院學(xué)報(bào),1994,9(1):55-58.</p><p> 7 蔣自立編。制取雜多酸的新技術(shù)[J]。內(nèi)江科技,1998,(3):
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