CN1721054A - 原位可控添加反应物的高压反应釜 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种原位可控添加反应物的高压反应釜，及上述反应釜的应用，涉及化学实验设备技术领域。该反应釜适用于水热或溶剂热反应体系，由不锈钢釜体、不锈钢釜盖、聚四氟乙烯釜盖垫和紧固件组成，在不锈钢釜体的内腔里套设一釜衬，釜衬的上开口处套设一漏斗，漏斗下端颈部内通管设有封口螺丝；在反应釜密封后，漏斗中的液体反应物，可以原位可控的向反应体系中添加，并可以对反应物添加的速度进行调节。

Description

原位可控添加反应物的高压反应釜
技术领域
本发明涉及化学实验设备技术领域，是一种原位可控添加反应物的高压反应釜，及上述反应釜的应用。
背景技术
本发明属于化学领域的水热或溶剂热反应装置，确切的说，本发明属于在水热或溶剂热反应的反应过程中，在反应釜密封后，原位可控地向反应体系中添加液体反应物，对反应的动力学过程进行控制，以得到利用常规高压反应釜无法制备的产品。该反应釜尤其适用于利用水热或溶剂热反应制备材料的单晶。
水热或溶剂热反应是反应化学的一个重要分支，是研究物质在高温和高压条件下的化学行为与化学规律的化学分支。水热反应研究最初从模拟地矿生成开始，已经历了一百多年的历史，目前已广泛用于沸石分子筛和其它晶体材料的合成。水热或溶剂热反应一般在高温高压下进行，所以对反应装置有特殊的技术要求，如耐高温、耐高压与化学腐蚀的反应釜等。高压反应釜是进行高温高压水热或溶剂热实验的基本设备，不仅提供反应进行的空间，同时对反应所能采用的工艺条件和反应的过程有很大的影响。
根据密封方式的不同，高压反应釜可分为：①自压紧式高压釜；②外压紧式高压釜。本发明属于自压紧式高压釜。根据密封机械结构的不同，高压反应釜可分为：①法兰盘式；②内螺塞式；③大螺帽式；④杠杆压机式。本发明属于法兰盘式。根据压强产生的不同，高压反应釜可分为：①内压釜：靠釜内介质加热形成压强，根据介质填充计算压强；②外压釜：压强由釜外加入并控制。本发明属于内压釜。根据加热条件的不同，高压反应釜可分为：①外加热高压釜②内热高压釜。本发明属于外加热高压釜。根据试验体系添加原料方式的不同，高压反应釜还可分为：①静态高压釜：用于封闭系统的试验，一次性将所有反应物加入到反应中；②流动反应器和扩散反应器：用于开放系统的试验，能在高温高压下，使溶液缓慢地连续通过反应器。一般而言，因为流动反应器和扩散反应器需要解决动态密封的问题，其使用范围较窄，而且成本较高。
以常规的静态水热或溶剂热反应制备分子筛的实验为例。一般的是首先将所用的反应物混合均匀后，全部转移到高压反应釜中，密封后在一定温度和自生压力下进行反应。这种反应方法容易产生较多的晶核，所以采用水热或溶剂热反应的方法虽然易得结晶度高，形貌规整的晶体，却不易得到大的单晶，为新晶体结构的确定带来了一定的困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原位可控添加反应物的高压反应釜。
本发明的另一目的在于提供上述反应釜的应用。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种原位可控添加反应物的高压反应釜，适用于水热或溶剂热反应体系，该反应釜由不锈钢釜体、不锈钢釜盖、聚四氟乙烯釜盖垫和紧固件组成，其在不锈钢釜体的内腔里套设一釜衬，釜衬的上开口处套设一漏斗，漏斗下端颈部内通管设有封口螺丝；在反应釜密封后，漏斗中的液体反应物，可以原位可控的向反应体系中添加。
所述的高压反应釜，其所述釜衬，为聚四氟乙烯材料制作，其内壁上部轴向开有数条凹槽，凹槽环内壁周圆均布，截面为半圆弧形。
所述的高压反应釜，其所述漏斗，为聚四氟乙烯材料制作，漏斗上口周缘有凸起的裙边，裙边上均布有数个缺槽；漏斗下端颈部内通管所设封口螺丝与内通管动接触，封口螺丝的螺杆上轴向刻有数个凹槽，凹槽截面为矩形。
所述的高压反应釜，其所述釜衬与漏斗动连接，釜衬内壁上的凹槽，可与漏斗裙边上的缺槽相重叠而贯通；漏斗下端颈部内通管，因封口螺丝的进、退而封闭螺杆上的轴向凹槽或露出螺杆上的轴向凹槽；因此提供两种途径可控的向反应体系中添加液体反应物：(一)液体反应物通过漏斗裙边上的缺槽顺釜衬内壁上的凹槽进入反应体系；(二)液体反应物通过漏斗下端颈部内通管，经由螺杆上的轴向凹槽的缝隙进入反应体系。
所述的高压反应釜，其所述釜衬与漏斗动连接，釜衬内壁上的凹槽，可与漏斗裙边上的缺槽相重叠而贯通；漏斗下端颈部内通管，因封口螺丝的进、退而封闭螺杆上的轴向凹槽或露出螺杆上的轴向凹槽；因此提供两种途径可控的向反应体系中添加液体反应物，用这两种途径原位加入液体反应物料时，控制速度的方法为：(一)旋转漏斗，调节漏斗裙边上的缺槽与釜衬内壁上的凹槽的重叠程度，缺槽与凹槽完全重叠时，液体反应物经此路径进入体系的速度最快，部分重叠时，较慢，当缺槽与凹槽不重叠时，阻止液体反应物通过此路径进入反应体系；(二)调节漏斗下端颈部内通管的封口螺丝的松紧度，封口螺丝拧松时，露出螺杆上的轴向凹槽，轴向凹槽露出的多，液体反应物经此路径进入反应体系的速度就快，当螺丝拧死时，阻止液体反应物通过此路径进入反应体系。
本发明通过对传统高压釜的改进，可以在封闭的系统中使液体反应物在高温高压下可控地加入反应体系，实现了原位添加反应物，并可以对反应物添加的速度进行调节。
附图说明
图1为组装好的高压反应釜的侧视图；
图2为新型的高压反应釜的釜衬的主视图和俯视图；图中(a)为主视图，(b)为俯视图；
图3为边缘可漏式的聚四氟乙烯漏斗主视图和底视图；图中(a)为底视图，(b)为主视图；
图4为聚四氟乙烯螺丝的底视图和主视图；图中(a)为底视图，(b)为主视图；
图5为高压反应过程中的漏斗内液体反应物的加入反应体系的路线图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的原位可控添加反应物的高压反应釜，由不锈钢釜体1、不锈钢釜盖2、聚四氟乙烯釜盖垫4和紧固件7组成。在不锈钢釜体1的内腔里套设一聚四氟乙烯釜衬3，聚四氟乙烯釜衬3的上开口处套设一聚四氟乙烯漏斗5，聚四氟乙烯漏斗5下端颈部内通管设有聚四氟乙烯封口螺丝6。
再参见图2，为聚四氟乙烯釜衬3，釜衬3与不锈钢釜体1的内腔相适配，其内壁上部轴向开有数条凹槽8，凹槽8环内壁周圆均布，截面为半圆弧形。
再参见图3，为聚四氟乙烯漏斗5，其上部为圆筒状11，圆筒下端固接一圆锥形漏盘12，圆锥形漏盘12中心固接一小圆筒状颈部13，小圆筒状颈部13的内通管内壁上设有内罗纹14。漏斗5上部开口周缘有凸起的裙边15，裙边15上均布有数个缺槽16。漏斗5的裙边15及上部的圆筒状11与釜衬3的内腔相适配。
再参见图4，为聚四氟乙烯封口螺丝6，封口螺丝6的螺杆上轴向刻有数个凹槽17，凹槽17截面为矩形。封口螺丝6螺杆上的外螺纹18与小圆筒状颈部13的内通管内壁上的内罗纹14相适配，且动接触。
由图2、3、4可知，本实施例中釜衬3内壁上部轴向开的凹槽8和漏斗5裙边15上的缺槽16都为八个。封口螺丝6的螺杆上的轴向凹槽17，为三个。
由于对传统的聚四氟乙烯的釜衬作了改进，即在釜衬3壁上刻上凹槽8，并增加了与之配套使用的边缘可漏式漏斗5，使反应过程中原位可控添加液体反应物10成为可能。这种边缘可漏式漏斗5与传统的漏斗有很大的不同，不仅漏斗5边缘带有缺槽16，在漏斗5下端颈部13内口还配上了封口螺丝6，通过旋转漏斗5和调节封口螺丝6的松紧度即可实现对液体反应物10原位进入反应体系9速度的可控制性调节。
在水热反应制备晶体的反应中，以原位调节体系酸碱性质为例概述本发明的工作过程。将壁上带有凹槽的聚四氟乙烯釜衬3置于不锈钢釜体1内，转移待晶化凝胶于釜衬3内，将聚四氟乙烯的封口螺丝6上到可漏式漏斗5的下端颈部13，根据试验的需要调节封口螺丝6至适中的松紧度，将漏斗5由上口塞入釜衬3，旋转漏斗5使之边缘缺槽16和釜衬3壁上凹槽8处于合适的位置。在漏斗5上方注入液体酸碱调节剂，盖上釜盖垫4和釜盖2，用紧固件-铸铁螺丝7将釜体1与釜盖2连接固定，然后置于一定温度下晶化。晶化的过程中，酸碱调节剂原位注入凝胶体系，从而实现了酸碱度的原位调节。
下面通过实施例详述本发明：
实施例1
将10g拟薄水铝石加入到240ml脱离子水中，搅拌30分钟。然后，顺序加入27g1-羟基乙叉-1，1-二膦酸四钠盐和二氧六环30ml在500mL烧瓶中搅拌混合均匀后移入1000ml内衬新型聚四氟乙烯釜衬3里的不锈钢反应釜中。三乙胺100ml加入到底部聚四氟乙烯的封口螺丝6拧紧的漏斗5中，调节釜衬3壁上的凹槽8与漏斗5上边缘缺槽16的叠合程度，使叠合孔径为最大值的一半。密封反应釜，置于160℃并在自生压力下晶化15天，晶体产物用脱离子水洗涤至中性，在50℃下空气中干燥24小时，即可得到六方管状的积二膦酸铝钠DLES-A1t。产物晶体的长度为2.1mm。
比较例1
实施例2：将1g拟薄水铝石加入到24ml脱离子水中，搅拌30分钟。然后，顺序加入2.7g1-羟基乙叉-1，1-二膦酸四钠盐，二氧六环3ml和乙二胺10ml在50mL烧瓶中搅拌混合均匀后移入普通100ml聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中。密封反应釜，置于160℃并在自生压力下晶化15天，晶体产物用脱离子水洗涤至中性，在50℃下空气中干燥24小时，即可得到六方管状的积二膦酸铝钠DLES-Alt。与实施例1所得的晶体相比，本试验所得晶体非常细小，并出现了大量伴生的杂晶。

Claims (5)

1、一种原位可控添加反应物的高压反应釜，适用于水热或溶剂热反应体系，该反应釜由不锈钢釜体、不锈钢釜盖、聚四氟乙烯釜盖垫和紧固件组成，其特征在于：在不锈钢釜体的内腔里套设一釜衬，釜衬的上开口处套设一漏斗，漏斗下端颈部内通管设有封口螺丝；在反应釜密封后，漏斗中的液体反应物，可以原位可控的向反应体系中添加。
2、按照权利要求1所述的高压反应釜，其特征在于：所述釜衬，为聚四氟乙烯材料制作，其内壁上部轴向开有数条凹槽，凹槽环内壁周圆均布，截面为半圆弧形。
3、按照权利要求1所述的高压反应釜，其特征在于：所述漏斗，为聚四氟乙烯材料制作，漏斗上口周缘有凸起的裙边，裙边上均布有数个缺槽；漏斗下端颈部内通管所设封口螺丝与内通管动接触，封口螺丝的螺杆上轴向刻有数个凹槽，凹槽截面为矩形。
4、按照权利要求1、2或3所述的高压反应釜，其特征在于：所述釜衬与漏斗动连接，釜衬内壁上的凹槽，可与漏斗裙边上的缺槽相重叠而贯通；漏斗下端颈部内通管，因封口螺丝的进、退而封闭螺杆上的轴向凹槽或露出螺杆上的轴向凹槽；因此提供两种途径可控的向反应体系中添加液体反应物：(一)液体反应物通过漏斗裙边上的缺槽顺釜衬内壁上的凹槽进入反应体系；(二)液体反应物通过漏斗下端颈部内通管，经由螺杆上的轴向凹槽的缝隙进入反应体系。
5、按照权利要求1、2或3所述的高压反应釜，其特征在于：所述釜衬与漏斗动连接，釜衬内壁上的凹槽，可与漏斗裙边上的缺槽相重叠而贯通；漏斗下端颈部内通管，因封口螺丝的进、退而封闭螺杆上的轴向凹槽或露出螺杆上的轴向凹槽；因此提供两种途径可控的向反应体系中添加液体反应物，用这两种途径原位加入液体反应物料时，控制速度的方法为：(一)旋转漏斗，调节漏斗裙边上的缺槽与釜衬内壁上的凹槽的重叠程度，缺槽与凹槽完全重叠时，液体反应物经此路径进入体系的速度最快，部分重叠时，较慢，当缺槽与凹槽不重叠时，阻止液体反应物通过此路径进入反应体系；(二)调节漏斗下端颈部内通管的封口螺丝的松紧度，封口螺丝拧松时，露出螺杆上的轴向凹槽，轴向凹槽露出的多，液体反应物经此路径进入反应体系的速度就快，当螺丝拧死时，阻止液体反应物通过此路径进入反应体系。
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