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2020-08-19 10:26:47来源:《中国科技博览》
作者:毕永胜等专家学者
七十年代以来,微波和微波等离子体在非通讯领域中的应用研究有了迅速的发展,在不到二十年的时间里,这种技术已在超细粉体的制备,陶瓷及金属化合物燃烧合成,化学气相沉淀,表面改性,高分子聚合与交联等方面显示出了其特有的优点,成为材料制备中一个高效、简便的手段。
1)强化浸出
微波技术用于无机工艺的浸取作业,能促使某些固体颗粒破裂,暴露出新鲜表面,有利于液-固反应快速进行。如在微波作用下从矿石中回收Ni、Co、Mn,用三氯化铁溶液浸出铜矿石、铜精矿中Cu,方铅矿中Pb,闪锌矿中Zn红土矿选择性氯化浸出Co、Ni,硫酸浸出钛铁矿、铝土矿等,结果均表明,在相同温度、压力、粒度、液固比、溶剂浓度条件下,微波加热较传统加热浸出反应速率快、节能,并使劳动强度、工作环境得到改善。
2)快速脱水
用微波辐射加热是反应物脱水,具有快速、均匀、热损失小,可自动控制,适宜于规模化生产,可克服传统加热法能耗高,效率低,产品质量差,操作费用高等弊端。如硼酸脱水生产三氧化二硼,传统法加热到160~200℃时,有液态中间产物偏硼酸生成。偏硼酸粘度大,易起泡,给脱水过程连续操作造成困难。由于脱水率低,只得在900~1000℃熔化成玻璃状三氧化二硼,然后经破碎、筛分、分级得到无定形产品。又由于三氧化二硼表面张力低,浸润性好,腐蚀性强,熔融时对炉墙损坏严重从炉墙浸润下的杂质会混入产品中,影响产品纯度,增加操作难度和产品成本。而用微波加热硼酸,在100~250℃,其迅速脱水,则不会出现熔化、粘附、起泡现象,于200~250℃,1小时内,即可得到纯度高、流动性好的结晶三氧化二硼产品。
3)制纳米材料
用微波直接加热Al(O-N·C3H7)3,Zr(O-N·C3H7)4等金属有机物,可得到大批量纳米级Al2O3、ZrO2。将金属氯化物蒸气与氧气通入微波等离子体反应区进行反应,合成了ZrO2、TiO2、Fe2O3、WO3、ZrN以及相互复合的纳米材料。
4)快速离子交换
微波辐射作用下,NaA沸石中Na+被Ca2+交换,可在10min内完成,而常规加热法则需60min[13]。用微波辐射使ZnCl2与Hy分子筛发生快速固态离子交换,ZnCl2在Hy分子筛的内外表面更均匀地分布,从而改善催化剂的活性与选择性。
5)微波烧结
Kozuka等在Ar气氛下用微波(2.45GHz,700W)加热金属氧化物和石墨混合物,13min获得1400~1500℃高温。经过20min,成功烧结制成SiC、TiC、TaC、NbC等金属碳化物。