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3.3 微波无机合成 引子 微波在整个电磁波谱中的位置如图1所示，通常指 波长为1m到0.1mm范围内的电磁波，其相应的频率 范围是300 MHz~3000 GHz。 1~25cm波长范围用于雷达，其它的波长范围用于 无线电通讯，为了不干扰上述这些用途．国际无线 电通讯协会(CCIP)规定家用或工业用微波加热设备 的微波频率是2450MHz(波长12.2cm)和915MHz(波 长32.8cm)。 家用微波炉使用的频率都是2450MHz。915MHz的 频率主要用于工业加热。 引子 本章内容： 一、微波加热技术原理 二、微波辐射法在无机合成中的应用 实验表明极性分子溶剂吸收微波能而被快速加热，而非极性分子溶剂几乎不吸收微波能，升温很小。水、醇类、羧酸类等极性溶剂都在微波作用下被迅速加热，有些已达到沸腾。 而非极性溶剂几乎不升温。有些固体物质能强烈吸收微波能而迅速被加热升温，而有些物质几乎不吸收微波能，升温幅度很小，微波加热大体上可认为是介电加热效应。 影响微波加热效果的因素 影响微波加热效果的因素首先是微波加热装置的输出功率和耦合功率，其次是材料的内部本征状态。 微波加热所用的频率一般被限定为915MHz和2450MHz，微波装置的输出功率一般为500～5000W，单模腔体的微波能量比较集中，输出功率在1000W左右，对于多模腔的加热装置，微波能量在较大范围内均匀分布，因而则需要更高的功率。 在指定的加热装置上，材料的微波吸收能力与材料的介电常数和介电损耗有关，真空的介电常数为1，水的介电常数大约为80，而多数陶瓷材料的室温介电损耗一般比较小，所以对无机陶瓷材料的加热，一般要采用比家用微波炉功率更大的微波源。 材料的介电损耗越大越容易加热，但是许多材料的介电损耗是随温度变化的，图10-4是氧化铝在微波加热时的介电损耗率的变化情况，图上反映出在600℃开始急速增加，在1800℃附近达到室温时的100倍以上，这暗示着微波加热有一定“起动温度”，达到这一温度以上，材料对微波能的吸收迅速增加。这也就是为什么许多在室温和低温下不能被微波加热的材料，在高温下可显著吸收微波而升温的原因。 二、微波辐射在无机合成中的应用 1、沸石分子筛的合成 2、沸石分子筛的离子交换 3、微波辐射法在无机固相反应中的应用 4、在多孔晶体材料上无机盐的高度分散 5、稀土磷酸盐发光材料的微波合成 1 沸石分子筛的合成 具有特定孔道结构的微孔材料，由于它们结构与性能上的特 点，已被广泛地应用在催化、吸附及离子交换等领域。一般 的合成方法是水热晶化法。此法耗能多，条件要求苛刻，周 期相对比较长，釜垢浪费严重，而微波辐射晶化法是1988年 才发展起来的新的合成技术。此法具有条件温和、能耗低、 反应速率快、粒度均一且小的特点。 NaA沸石的合成 A型沸石是目前应用很广泛的吸附剂，用于脱水、脱氨等，而且可代替洗衣粉中的三聚磷钠得到无磷洗衣物而解决环境污染问题。基于微波辐射晶化法其独特的优点，微波辐射法合成NaA沸石的结果总结如下： 1 沸石分子筛的合成 NaX沸石的微波合成 NaX是低硅铝比的八面沸石，一般在低温水热条件下合成。因反应混合物配比不同，以及采用的反应温度不同。晶化时间为数小时至数十小时不等。 用微波辐射法合成出NaX沸石，是以工业水玻璃作硅源，以铝酸钠作铝源，以氢氧化钠调节反应混合物的碱度，具体配比(物质的量的比)为 SiO2/Al2O3=2.3，Na2O/SiO2=1.4，H2O/SiO2=57 将反应物料搅拌均匀后，封在聚四氟乙烯反应釜中，将釜置于微波炉中接受辐射。微波功率650W，微波频率为2450MHz。辐射约30min后，冷却，过滤，洗涤，干燥得NaX分子筛原粉，其X射线粉末衍射图与文献完全一致。用同样配比的反应混合物，采用传统的电烘箱加热方法，在100℃下晶化17h得NaX分子筛，比较反应的时间，可清楚的看出微波辐射方法的优越性，不仅节省了时间，更重要的是大幅度的降低了能耗。 1 沸石分子筛的合成 总之，用微波辐射法合成沸石分子筛具有许多优点，如粒度小且均匀，合成的反应混合物配比范围宽，重现性好．时间很短等，预计这种新的合成方法能在快速、节能和连续生产分子筛、超微粒分子筛，以及在用传统方法合成不出的一些分子筛等方面会取得突破。 2 沸石分子筛的离子交换