二甲基脲溶液熱力學(xué)及其晶型和晶習(xí)研究.pdf

1、二甲基脲溶液熱力學(xué)及其晶型和晶習(xí)研究二甲基脲溶液熱力學(xué)及其晶型和晶習(xí)研究AstudyofSolutionThermodynamics、PolymphismHabitof13dimethylurea學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程研究生：朱培培指導(dǎo)教師：陳巍副教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一六年五月中文中文摘要摘要13二甲基脲（簡稱DMU）主要作為茶堿和咖啡因制作的中間體，還可以作為纖維處理劑或者是交聯(lián)劑，在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)外對于D

2、MU的研究都集中在對其合成工藝的研究，雖然有文獻(xiàn)報道DMU具有多種晶型，但是目前為止還未有關(guān)于DMU溶液熱力學(xué)以及晶型和晶習(xí)方面的系統(tǒng)研究。在上述背景下，本文對DMU的溶液熱力學(xué)進(jìn)行了深入研究，并且在此基礎(chǔ)上對DMU晶體的多晶型以及晶習(xí)進(jìn)行了研究并加以探討。本文采用動態(tài)激光檢測法對DMU在十五種溶劑中的溶解現(xiàn)象進(jìn)行了探究與討論，并且根據(jù)溶解度溫度的相互關(guān)系，對其溶解度數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究了DMU溶解過程中的熱力學(xué)性質(zhì)的變

3、化（焓、熵和自由能），這為研究DMU的冷卻結(jié)晶工藝打下了基礎(chǔ)，提供了保障。研究結(jié)果表明，DMU在不同溶劑中的溶解度數(shù)據(jù)均隨著溫度的變化而變化，且呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。并且DMU的溶解過程是吸熱的非自發(fā)過程。除此之外還利用線性溶劑化能理論對其溶解性質(zhì)進(jìn)一步討論，通過研究溶質(zhì)溶劑以及溶劑溶劑之間的相互作用力加深了對其溶解機(jī)理的解釋。研究顯示：在溶質(zhì)溶劑之間相互作用力中，DMU中羰基與醇羥基表現(xiàn)出的氫鍵接受能力、甲胺基與羥基之間表現(xiàn)出的氫鍵貢獻(xiàn)能力

4、以及溶質(zhì)溶劑之間的極化作用力促進(jìn)了溶質(zhì)在溶劑中的溶解。為了進(jìn)一步從微觀層面解釋DMU在不同溶劑中的溶解機(jī)理，本文利用COSMORS軟件對DMU溶解性質(zhì)進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示化學(xué)勢、相互作用焓以及溶劑化自由能越負(fù)，越有利于溶質(zhì)的溶解，因此導(dǎo)致溶質(zhì)的溶解度越大。其中，相互作用焓的影響中，氫鍵能的貢獻(xiàn)最大，也就是DMU甲胺基與溶劑的羥基或者其它可接受氫鍵的基團(tuán)之間的作用力較強(qiáng)。此外，利用COSMORS軟件對DMU在十五種溶劑中的溶解度進(jìn)行了預(yù)測

5、，與實(shí)驗結(jié)果顯示了很好的一致性。最后，本文對DMU冷卻結(jié)晶過程中晶型和晶習(xí)的變化進(jìn)行了研究，通過控制終點(diǎn)溫度開發(fā)了得到兩種晶型的方法：大于30℃左右時可以穩(wěn)定的得到晶型I產(chǎn)品，低于30℃左右時可以穩(wěn)定的得到晶型II產(chǎn)品。其次研究了溶劑對于DMU晶習(xí)的影響，溶劑的極性是影響晶體生長的一大重要因素。隨著溶劑極性的增加，得到的晶體長徑比減小，獲得的產(chǎn)品呈現(xiàn)短粗狀，流動性較好。因此，可以通過采用不同的溶劑體系，在保證收率的前提條件下獲得滿意的晶