在以沉淀CaCO3 ,SiO2 和Al (OH) 3 或Fe2O3 为原料,用微波加热方法制备C3S 时,由于微波的体积加热以及选择性加热特性,反应的诱导期减短,最佳反应温度降低,比使用传统加热方法更有利于生成C3S ,用Al (OH) 3 作添加剂比用Fe2O3 效果要好[22 ] 。NaBiO3·nH2O 分别和MgCl2·6H2O , Zn (NO3 ) 2 ·6H2O 在微波加热下于120 ℃进行水热反应可定量生成ABi2O6 (A =Mg ,Zn) ,在同样条件下用传统加热方法进行的反应需2～4 倍的时间才能达到这个效果[23 ] 。用微波处理MgCO3·3H2O , 可制得Mg5 (CO3) 4 (OH) 2·4H2O ,该法简便、准确,产品性能优于水浴加热或水蒸气加热所得产物[24 ] 。锂离子电池的需求量随着移动通讯技术的迅速发展逐年增大, 为了降低电极材料成本, 用LiOH·H2O和MnO2 为原料在微波加热下能快速合成尖晶石结构LiMn2O4 ,该产物微观结构和电化性能满足电极材料要求[25 ] 。

天然气转化

随着石油资源的枯竭,开发利用天然气成为当今世界上富有挑战性的前沿课题之一,天然气组成的90 %以上是甲烷,探讨将甲烷转化为C2 烃、合成气等新工艺的任务就变得更为迫切。微波加热在甲烷转化研究中也有很多应用。

甲烷制C2 烃

乙烯是现代石油化工的支柱,甲烷氧化偶联制乙烯为寻求廉价乙烯提供了新的可能路径,但甲烷化学性质非常稳定。利用微波加热氧化物催化剂进行甲烷氧化偶联,由于催化剂能迅速升温,活性位很快增加,使反应加速进行,同时由于甲烷、乙烯、乙烷

等吸收微波能力较弱,气相温度相对较低,减少了深度氧化的发生,提高了乙烷和乙烯收率,乙烯与乙烷’‘年”月 杨伯伦等:微波加热在化学反应中的应用进展 ·11 ·的比值较常规加热下的甲烷氧化偶联反应也有了成倍的提高 。甲烷在常压下使用脉冲微波辐照,在活性炭/ 碳化硅等催化剂上由于微波加热与微波等离子协同作用可使甲烷以很高的转化率和选择性直接转化为乙炔 。

　甲烷制合成气

由甲烷经合成气再合成燃料和化学品是天然气利用的最有效途径之一。用Ni 催化剂催化甲烷制合成气的反应,在达到相同的CH4 转化率时,微波介入方式下催化剂床层温度比常规加热低得多,且产物中H2 和CO 的选择性较高。毕先钧等[28 ]进行了X射线光电子能谱仪技术对几种催化剂的测试,认为微波辐照下的甲烷制合成气反应可能是按甲烷解离机理进行的,甲烷解离是反应的决定步骤。

　结语

近年来,微波场中的微波化学反应研究已取得很大进展,但目前人们对微波与物质作用机理认识仍很肤浅,还难以对反应条件及设备进行较为准确的预期和设计,由此造成能用于化学反应的微波设备还很少。事实上上文所述的工作大部分是将家用微波炉加以简单改装进行的,安全性及效率都不是很好,限制了该领域研究的发展。另外应加强微波加热和传统加热方式的对比研究,并结合量子化学知识,深入地揭示微波场对微波化学反应作用本质,在此基础上配合有关单位设计生产出价廉、安全、方便的各种专用和通用的微波加热装置。只有这样,微波加热才可望像Gedye 十几年前就预言的那样,成为化学研究中的常规加热方法,并广泛应用于化工生产中,充分发挥其便捷、迅速、节能环保的优势