CN113813877A - 一种用于制备黑磷的反应釜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制备黑磷的反应釜，包括Q460不锈钢的外壳和聚酰亚胺的内胆；所述外壳包括盖体和筒身，所述筒身的上端设有与筒身的内腔连通的开口，所述内胆放置于筒身的内腔中，并通过所述盖体可拆分连接于筒身上端，进而使内胆密封于筒身中。本发明增加反应所需要的温度和压强，提高黑磷的产率和纯度。
Description
技术领域
本发明涉及化学反应设备技术领域，具体涉及一种用于制备黑磷的反应釜。
背景技术
传统黑磷通常可采用高压催化法、铋溶液催化法、化学气相输运法和低压矿化法等，但工艺复杂，产率低。又因传统方法制备出黑磷需要高温高压高密封条件下制备，因此制备成本高，难以量产，导致价格奇高(市价：6000元/克)，因此科研人员一直在寻求低成本制备黑磷的方法。
水热法一直被认为是简单可靠的一种方法，在实验中实验得出以高纯红磷和NH4F为原料在水热条件下，制备厚度为3nm左右的多晶黑磷纳米片，其氢气产率为6.9μmolh-1。而以白磷为原料，乙二胺(EN)为溶剂，采用水热法在60-140℃范围合成了数层黑磷纳米片，产量达到了克量级。并发现反应温度越高产率越高。不难得出：水热法耗时较短，成本低廉，一步制得黑磷纳米片，但其产品纯度不高，晶型不好，产率较低。主要原因在于合成所需的热力学条件较高，普通水热法的反应釜只能制备出数层黑磷纳米片，但是要大规模高产制备高结晶度黑磷，甚至单晶黑磷，现有的反应釜所提供的热力学条件无法达标。
现有普通水热反应釜采用304不锈钢和聚四氟乙烯分别作水热反应釜的外壳和内胆，由于聚四氟乙烯内胆长期工作温度在200度左右，短时间工作温度为280度左右(高产量的温度要求是长时间工作温度在290度左右，短时间工作温度为510度左右)，而304不锈钢承受的压强远远低于460兆帕，因此这种普通的反应釜不能提供制备高质量黑磷所需的热力学条件，只能制备出较多缺陷的多晶纳米片。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，以增加反应所需要的温度和压强，提高黑磷的产率和纯度。本发明提供一种用于制备黑磷的反应釜，包括Q460不锈钢的外壳和聚酰亚胺的内胆；所述外壳包括盖体和筒身，所述筒身的上端设有与筒身的内腔连通的开口，所述内胆放置于筒身的内腔中，并通过所述盖体可拆分连接于筒身上端，进而使内胆密封于筒身中。
本发明的有益效果体现在：
以Q460不锈钢作为水热反应釜的外壳，Q460不锈钢作为水热反应釜的外壳相较于常用于制作水热反应釜的304不锈钢来说，Q460不锈钢其钢材受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形，远高于普通水热反应釜所用304钢，大幅度提升了反应压强。采用的聚酰亚胺作为水热反应釜的内胆材料，一方面提高了反应温度，另外一方面是含胺类溶剂更利于合成黑磷纳米片的制备，提升制备黑磷的纯度和产率。因此以Q460不锈钢作为水热反应釜的外壳，聚酰亚胺做内胆制造出的特殊高温高压反应釜，适用于水热法制备黑磷，大大降低成本，同时产率和纯度高。
优选地，所述筒身的上端设有与所述盖体对接的连接盘。
优选地，所述连接盘的直径与所述盖体的直径相同，且连接盘的直径大于筒身的直径。
优选地，所述盖体和筒身之间通过多个螺栓可拆分连接，且所有的螺栓沿着周向均匀分布。
优选地，所述螺栓设有六个。将连接盘与盖体的直径设计大于筒身，是为了能够使用多个螺栓紧固盖体和筒身，使筒身能够承受更大压强的反应，同时提升筒身的密封性。
优选地，所述内胆包括杯身和杯盖。
优选地，所述杯身的上端设有台阶面，所述杯盖设有与所述台阶面适配的台阶。杯盖的台阶往下延伸，杯盖该在杯身上端的同时，杯盖的台阶落在杯身上端的台阶面上，方便连接，不易错位。
优选地，所述盖体的侧面设有沿着径向的通孔。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本实施例的结构示意图；
图2为图1中A-A的剖视图；
图3为本实施例中内胆的结构示意图；
图4为制得黑磷的电子显微镜图一；
图5为制得黑磷的电子显微镜图二；
图6为制得黑磷的电子显微镜图三。
附图中，外壳1、内胆2、盖体3、筒身4、连接盘5、螺栓6、通孔7、杯身8、杯盖9、台阶面10、台阶11。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图2所示，本实施例提供了一种用于制备黑磷的反应釜，包括Q460不锈钢的外壳1和聚酰亚胺的内胆2；所述外壳1包括盖体3和筒身4，所述筒身4的上端设有与筒身4的内腔连通的开口，所述内胆2放置于筒身4的内腔中，并通过所述盖体3可拆分连接于筒身4上端，进而使内胆2密封于筒身4中。
如图1所示，为了保证筒身4能够承受足够大的压强，在材质方面，盖体3和筒身4均采用Q460不锈钢，Q460不锈钢的外壳1，最大可承受460兆帕的压强，远高于普通水热反应釜所用304钢，远远满足特高压水热反应。在结构方面，筒身4的上端设有与所述盖体3对接的连接盘5。所述连接盘5的直径与所述盖体3的直径相同，且连接盘5的直径大于筒身4的直径。所述盖体3和筒身4之间通过六个螺栓6可拆分连接，且所有的螺栓6沿着周向均匀分布。将连接盘5与盖体3的直径设计大于筒身4，是为了能够使用六个螺栓6紧固盖体3和筒身4，使筒身4能够承受更大压强的反应，同时提升筒身4的密封性。
另外，盖体3的侧面设有沿着径向的通孔7，通孔7使为了方便夹具取放外壳1。
如图3所示，本实施例中内胆2包括杯身8和杯盖9，杯身8的上端设有台阶11面10，所述杯盖9设有与所述台阶11面10适配的台阶11。杯盖9的台阶11往下延伸，杯盖9该在杯身8上端的同时，杯盖9的台阶11落在杯身8上端的台阶11面10上，方便连接，不易错位。所采用的聚酰亚胺作为水热反应釜的内胆2材料正是为了表现含胺类溶剂更利于合成黑磷纳米片的制备。但在将工业化的聚四氟乙烯加工成为制品的过程中，时常会发现制品表面出现黄点、黄斑和黑点等现象，甚至会出现铁锈、异物等较为严重的情况。这不仅会损坏成型加工的设备，而且这些缺陷所在的位置在强酸或强碱等苛刻的环境中成为被快速穿透的区域，在电压下也是被快速击穿的部位，大大限制了聚四氟乙烯的使用范围和使用条件，从而使得制品的取材率大大降低甚至无法使用，造成人力、物力浪费的同时，也对聚四氟乙烯的所制成的水热反应釜有了相对的限制。而聚酰亚胺的内胆2的分解温度为500℃左右，长期使用温度可由-200℃至300℃，无明显的熔点，其在－269℃的液态氦中也不会脆裂。聚酰亚胺还具有较强的机械性、良好的绝缘性能，其薄膜在5×109rad快电子辐照后强度保持率为90％，即其耐辐射性能高。并且聚酰亚胺无毒、不溶于有机溶剂。因此聚酰亚胺做内胆2制造出的特殊高温高压反应釜，适用于水热法制备黑磷，大大降低成本，同时产率和纯度高。
为了说明显示出制备黑磷的纯度，如图4至图6所示，其中图4是低倍图，图5为高倍图，即图4经过再次放大后所得。图6为黑磷的断面图。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种用于制备黑磷的反应釜，其特征在于：包括Q460不锈钢的外壳和聚酰亚胺的内胆；所述外壳包括盖体和筒身，所述筒身的上端设有与筒身的内腔连通的开口，所述内胆放置于筒身的内腔中，并通过所述盖体可拆分连接于筒身上端，进而使内胆密封于筒身中。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备黑磷的反应釜，其特征在于：所述筒身的上端设有与所述盖体对接的连接盘。
3.根据权利要求2所述的一种用于制备黑磷的反应釜，其特征在于：所述连接盘的直径与所述盖体的直径相同，且连接盘的直径大于筒身的直径。
4.根据权利要求2所述的一种用于制备黑磷的反应釜，其特征在于：所述盖体和连接盘之间通过多个螺栓可拆分连接，且所有的螺栓沿着周向均匀分布。
5.根据权利要求4所述的一种用于制备黑磷的反应釜，其特征在于：所述螺栓设有六个。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种用于制备黑磷的反应釜，其特征在于：所述内胆包括杯身和杯盖。
7.根据权利要求6所述的一种用于制备黑磷的反应釜，其特征在于：所述杯身的上端设有台阶面，所述杯盖设有与所述台阶面适配的台阶。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种用于制备黑磷的反应釜，其特征在于：所述盖体的侧面设有沿着径向的通孔。
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