化学课题论文

化学课题论文

　化学是建立在实验基础上的一门自然科学，实验也是中学化学教学的基础。下文是学习啦小编为大家搜集整理的关于化学课题论文的内容，欢迎大家阅读参考!

　　化学课题论文篇1

　　浅议热分析技术及其在无机材料研究的运用

　　1热分析技术概述

　　国际热分析协会(ICTA)，在1977年给出定义：热分析技术，即在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系[1]."程序控制温度"是指升温或降温速率一定，"物理性质"是指温度、质量、热焓、尺寸、电学、机械及磁学性质等。

　　英国的Edgwood,在1786年首先发现明显的热失重(加热陶瓷粘土到暗红色时)。法国的Lechatelier,在研究测试粘土类矿物的相应的热性能时，在1887年将热电偶投入使用用于测量温度，并且差热分析的相对应的最原始曲线也被第一次发表。英国的Roberts-Austen,第一次于1899年运用示差热电偶来进行测量并记录温度差，即试样与参比样间产生的，使得重复性获得了提高，灵敏度得到了增强。日本的本多光太郎在1915年发明了首台热天平[2].20世纪20年代，热分析主要用在粘土、矿物和硅酸盐的研究中，但应用并不广泛。它作为一种系统方法，建立和发展主要在20世纪50年代。热电偶直接用于测量差热分析实验中温度和差热信号的方法一直持续到1955年，但这种方法中的热电偶存在易被污染、老化的问题。直到1955年Boersma提出将试样或参比物置于坩埚内，避免与热电偶接触。这种方法一直沿用至今，并得到了商业化和微量化的应用。"差示扫描量热"的理论是由Watson和O'Neill首次在1964年提出的，其毫克级别的量热仪并进一步被研制出来。20世纪70年代后期，热分析技术实现其快速飞跃的发展得益于计算机技术的应用，使其应用领域得到日益扩展。20世纪60年代，应用部门的要求也不仅仅需要单一测试技术。热分析技术的联用也于20世纪80年代初开始慢慢发展并日趋完善起来，并将数据处理慢慢地融于计算机，得到计算机化。

　　随着学科的不断深入，工业的迅速发展，这种热分析方法所涉及探讨的物质类型不断地扩展，由无机物材料不断发展到有机物质、空间技术等其他方方面面。目前所涉及的领域也不断地扩展，如各类化学学科分支、材料学、食品医药及物理学等等领域[3].

　　2热分析技术的分类及影响因素

　　热分析技术根据其测量过程中的物理量，如质量、温度等，可分为多种种类，热分析方法经由IC-TA归纳，共可分为9类17种。其中有三种热分析技术得到了最为广泛的应用：热重法(TG)、差热分析法(DTA)、差示扫描量热法(DSC)[4].

　　2.1热重法

　　热重法，使用最为广泛，是在程序控制下，测量质量的变化随温度(或时间)的变化的方法[5].热重法有两种实验类型：其一为静态热重法，包括等压和等温质量变化测定。等压静态热重法是指在程序控温下，挥发物分压恒定不变时，测量物质的平衡质量与温度的关系。等温法则是恒温条件下，测量质量与温度的关系;一般认为等温法比较准确，但比较费时，目前采用得较少。另一种是非等温(或动态)热重法，即在程序升温下测定物质质量变化与温度的关系。由于非等温法最为简便，因此得到了广泛应用。

　　热天平是热重法中测定质量变化最常采用的仪器，其原理[6]

　　可分为两种。其一为变位法，是根据天平梁所产生变化的倾斜度与待测物质所产生的质量变化具有一定对应的比例关系，来进行测量。

　　其二为零位法，它是通过测定天平梁的倾斜度，再去调整线圈的电流，通过线圈的转动从而使天平梁的倾斜得到还原，根据转动的力与待测物质的质量变化及电流的关系来进行测量。

　　热重仪主要由三部分组成，温度控制系统、检测系统和记录系统。热重法常称热重分析(TGA)，记录的曲线称为热重TG曲线。随着热重法的发展，衍生出微商热重法(DerivativeThermogravime-try)，是TG曲线对温度(或时间)的一阶导数。微商热重曲线上的各种峰与TG曲线上各重量变化阶段相对应。其中峰面积则与物质相应的质量变化之间成一定的比例。如图1,TG曲线中热重基线用对应的AB段表示，Ti为相应的起始温度，也即是相应的初始温度用B点表示，完全分解温度Tf表示于对应的C点，Tf~Ti之间的温度表示为反应的相应分解温度区间。曲线中Te表示为相应的外推起始温度，用D点表示。其DTG曲线上对应的峰数与TG曲线的台阶数相对应;其峰面积也与样品测试过程中的失重量成正比例关系，因此失重量可由此计算出来，也即是DTG能够用于样品的精确定量分析。热分析反应的各个反应阶段的特征温度，如Ti、Tf等，都可以通过DTG曲线反映出来。DTG曲线还可以用来分析一些DTA曲线不能赖以分析的材料，其次峰的来源也可由两种曲线的比较确定，即是由重量还是热量变化引起的。

　　2.2差热分析

　　差热分析则主要是用于测量物质间产生的温度差与相对应的时间或温度的对应关系。物质的物理或化学状态的变化，如熔化、晶型转变等，常常发生在加热或冷却过程达到某一特定温度时，在这一变化中有吸热或放热现象，因此物质焓的改变可以通过温度差反映出来，即差热曲线(DTA曲线)。

　　差热分析即是通过温度差与物质相应的时间或温度的关系来进行物质的鉴定。

　　DTA曲线中温度差ΔT用纵坐标表示，时间或温度则用相应的横坐标表示，从左到右表示时间或温度依次增加。向上的峰表示放热，向下的峰则表示吸热。从差热曲线上不仅可以得到峰的个数及变化的次数的信息，还可得到面积和峰的形状等其他信息。吸热、放热及热量值可从图谱中峰的方向和面积测得。除了相应的热效应外，相关的动力学或热力学数据，如活化能等，也可通过差热图谱分析计算得到。每种物质都有其特定的热性质，在曲线上则表现出相应不同峰的信息，如位置、个数及其形状，这种不同的热性质也就是这种分析方法相应的定性分析依据。由于差热分析的影响因素较多，因此通过测量峰面积很难进行准确的定量分析。

　　2.3差示扫描量热法

　　差示扫描量热法(DSC)，则是用于测定功率差与相对应的温度的关系。DSC主要有两种形式，分别为补偿式[7]和热流式。其记录到的曲线则相应的被称为DSC曲线，不仅可以用于测定热力学数据，还可测定动力学参数，如反应的反应热、反应速率等。虽然其具有与DTA相同的原理，但其具有比DTA更加优良的性能，测定所得的相应热量值也比DTA所得的值准确，而且其分辨率比DTA更高，其重现性也相应的比DTA更好。

　　2.4热分析技术的影响因素

　　影响热分析结果的因素有很多，基本可以分为两类：一类是样品因素，包括样品用量、样品粒度、填充密度等。另一类是仪器因素，包括升温速率、炉内气氛、坩埚材料等。当然，也有其它方面的影响，如浮力和对流可以引起热重曲线的基线漂移。

　　2.4.1样品因素实验过程中，尽可能采用少量[8]的试样，但须保证仪器的灵敏度。其次，试样的外观，如形状和颗粒，对产物的扩散也有不同程度的影响，对反应速度也产生了一定的改变，从而影响了热分析曲线的表观表现形状。大片状试样的分解温度比颗粒状的要高，粗颗粒的试样比细颗粒的分解温度要高。此外，某些大晶粒试样在加热过程产生爆溅现象，致使TG曲线上出现实然失重，这种情况应加以避免。样品的填充密度对实验也有一定的影响。通常填装得越紧密的样品，其颗粒间的接触相应也越好，故其产生的热传导越好，从而伴随的温度滞后现象也越小。通常填装时要求薄而均匀，若填装不均匀也影响产物的扩散速度和样品的传热速度，会影响曲线形态。

　　2.4.2仪器因素坩埚的材料、大小、重量和几何形状对热分析曲线有不同程度的影响。首先，实验所用的坩埚应该是惰性的，其对试样、产物以及实验所用气氛，应没有反应活性，同时更加不能有催化活性。坩埚常用材料有铝、氧化铝、石英、不锈钢、石墨烯、铂、玻璃、铜等。所盛试样量可以从1毫克到几百克，常用的是5~100mg.其次，样品盘的加深或带盖，给气体的扩散增加了阻力，最终导致了反应的延迟和反应速率的降低。因此在实验过程中应尽可能使用少量试样，并且应选用浅皿状坩埚，使试样薄薄地平摊在其中，使实验过程尽可能避免扩散的影响。实验中一般不使用加盖封闭式的坩埚(除了试样飞溅或出于安全考虑)，因为加盖可能会改变气流状态和气体组成。

　　试样炉内所用的载气气氛对实验的分析结果也有一定程度的影响，如图2[9]和图3[10]中不同物质在不同气氛中失重量不一样。每种气体都有其相应特定的热导性，不同的热导性对热阻影响也不同，从而对物质出峰所相对应的温度值以及对应的测量的热焓值也有不同的影响。按照气氛的性质可概括为：空气、O2等具有氧化性质的气氛;H2、CO、CH4等具有还原性质的气氛;N2、Ar、He等惰性气氛;Cl2、F2、NH3等腐蚀性气氛等。热分析方法中升温速率[11]对实验分析过程中的结果也有较大影响，在实验的过程中炉子和试样之间形成一定的温差。这种温差受到热焓变化的影响，而热焓变化不仅由试样的物理变化引起，还与其化学变化有关，同时温度梯度也会在试样内部形成。这个非平衡过程(温差)会随升温速率的升高而加剧，导致温度滞后现象也随之越严重，分解的初温Ti及终温Tf都越高，温度区间也越宽。正因如此，用于测定的相应的升温速率都不太高，一般采用5~20K/min.

　　3热分析技术的联用

　　在过去的热分析工作中，采用单一测试技术难以对不同热分析装置所记录的热分析曲线进行正确解释。图4[12]可很好的说明这一不足。分别采用TG和DTA方法对同一白云石进行分析，然后按照同一温度标准将两条分析曲线绘于一张图上，可以看出存在两个矛盾。其一，TG曲线的热分解为一个阶段，DTA曲线则为两个阶段。其二，热分解不在同一温度范围内。这是由于曲线的性质不同及实验条件不同而导致的。热分析联用技术除增加可取得的信息外，还能提高分辨率，使实验条件标准化，并能提高选择性能。联用技术可分为同时联用技术和串接联用技术。

　　同时联用技术：

　　1)TG-DTG同时联用(在TG仪器上增加一组微分电路)TG曲线上不易判定失重区间及失重最快的温度点，通过DTG曲线表明，在510℃附近失去12%的结晶水，而失重最快的点是DTG曲线的顶峰。如图5[12].

　　2)TG-DTA同时联用(在TG的基础上增加一个参比物支持器及一对差示热电偶)通过这两条曲线，对硫酸铜三步脱水反应的了解更加清晰，且每步反应热效应也可计算出来，可与热力学计算的结果相比较。如图6[12].

　　3)TG-DSC同时联用(在两个支持器中各加一组加热丝)4)TG-DTG-DTA同时联用串接联用技术：对一个试样同时采用两种或多种分析技术，第二种分析仪联接装置与第一种分析仪相串接。如：TG-DTG-DTA-GC、DTA-TG-TD、DTA-ETA、DTA-EC及TG-SPME/GC-MS[13]等。

　　4热分析技术在无机材料中的应用

　　物质变化过程中的许多有用的信息都可以通过热分析技术进行研究得到，这些变化包括物理性质和化学变化。因此该技术已被各个学科领域所广泛应用，如：无机化学等各个化学学科和地质学等等。其中在无机化学领域的应用主要包括：研究催化剂，热稳定性、分解反应和脱水反应;研究配合物和金属有机化合物，测定相图，测定纯度，研究磁性变化(居里点)，研究与气体介质的关系，研究热分解过程和机理，研究反应动力学等。本文主要介绍热分析技术在催化、研究热分解过程和机理及研究配位化合物结构等三个方面的主要应用。

　　4.1在催化方面的应用

　　催化剂的前体一般没有催化活性，需要经焙烧、氧化、还原等处理，才会具有催化活性。这些过程通过热分析技术测试所得的分析曲线可以得到所需的原位模拟，其所需条件也可以得到确定。刘金香[14]通过热分析确定了选择肼分解催化剂的焙烧温度，催化剂以Al2O3为载体，浸渍后的组成为H2IrCl6/Al2O3.在氮气下焙烧使负载H2IrCl6分解为IrCl3.如图7,DTG曲线上出现两个相应的峰，均对应着TG曲线上的相应的失重阶段。第一个相应的峰为物理吸附水的失去，在150℃之前，第二个峰对应为H2IrCl6的分解，温度在240℃~400℃之间，因此可推断其最合适的焙烧温度为400℃。

　　郝燕等[15]采用碳吸附水热法，通过以粗氧化锌为原料，制备了ZnO粉体前驱体，并通过热分析法确定了其最佳焙烧温度，如图8所示，实验体系过程内存在着4个失重阶段。在200℃之前失重率约为3%,此阶段主要为催化剂脱去表面残留的吸附水和乙醇;在200℃~350℃区间对应一个小的放热峰，主要为制备过程残留有机物的燃烧反应，失重率约为5%;DTA曲线上最大的放热峰在350℃~650℃区间，此时失重率约为64%,归因于前驱体中碳黑的燃烧反应及氢氧化锌分解为氧化锌和水，这也是氧化锌晶体的形成过程，同时证明在此温度区间下焙烧，碳黑可以有效地阻止氧化锌的烧结;650℃后质量不再随温度变化，是ZnO晶型逐渐生长的过程。

　　4.2研究热分解过程和机理中的应用

　　刘晓霞等[16]根据热分析曲线可以确定某物质结构的热稳定性，如图9中DTG曲线所示。从室温到85℃表示失去相应的物理吸附水，对应着一相对比较弱的吸热峰。从85℃~512℃，分3个阶段失去结晶水，可能因为这些结晶水与H6P2W18O62的结合力不同，因此吸热不同。失重量相当于20个结晶水的量。从85℃~141℃，失重2.92%,约每molH6P2W18O62相当于8molH2O,对应的DTA曲线有一强吸热峰;从141℃~282℃，失重3.03%,约每molH6P2W18O62相当于8molH2O,对应DTA曲线有一弱吸热峰;从282℃~512℃，失重1.56%,约每molH6P2W18O62相当于4molH21,该过程为一缓慢失重过程，且有一很弱的吸热峰;512℃之后，TG和DTG曲线均表明此过程化合物没有失重，但由DTA曲线可知在608℃和688℃有弱放热峰，可能是由于H6P2W18O62主体结构分解，发生固固相转化。可见其稳定性很好，在高达600℃的温度下还保持完整。这与文献[17]报道相符。RayLFrost等[18]12(HPO4)(SO4)·4H2O的热稳定性及分解机理。如图10所示：热分析表明磷石膏在100℃~150℃失去其表面的物理吸附水，在150℃~215℃，失去2个结晶水，在215℃~226℃又失去2个结晶水，之后该物质的结构发生改变，再结合其他表征手段，可以得出在685℃~880℃，DTG曲线上出现一个放热峰，是由于失去水的磷石膏发生若干分解反应。

　　4.3研究配位化合物结构KharadiGJ[24]采用热分析技术研究配合物的热稳定性和分解机理来获得有关配合物结构的信息。如图17所示，Cu(II)-1[Cu(A1)(Ph)(OH)(H2O)]·3H2O在室温至950℃范围内出现三次失重：从40℃至190℃，是失水的过程;从DTG曲线可知在该温度范围内185℃时失水速率最大，此过程中3mol结晶水和1mol配位水分子，还有-OH失去。第二阶段失重大约从315℃~335℃，从DTG曲线可知，在325℃失重速率最大，此过程中苯环被分解。从500℃~750℃，失去另一种配体，最后分解产物为CuO.

　　5展望

　　热分析方法是仪器分析方法之一，它不仅在无机领域有很重要的用途，而且它有力地推动了无机化学、分析化学、有机化学、高分子聚合物、石油化工、人工合成材料科学的发展，同时在冶金、地质、矿物、油漆、涂料、陶瓷、建筑材料、防火材料等方面的应用也十分广泛，尤其近年来在合成纤维、食品加工方面具有很大的应用前景。但是这种方法也有一定的局限性，如使用单一的技术得不到准确的测试结果，需要几种技术结合，或者与其他分析手段(光谱、质谱、色谱等)联用才可获得有价值的信息。因此与热分析的联用技术具有很大的开发潜力，如何将热分析与其它技术进行联用，更好的确定更多有价值的信息仍是一个热点问题。

　　参考文献：

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　　化学课题论文篇2

　　浅谈我国化学工业可持续发展

　　【摘 要】化学工业生产是我国重要的产业之一，但是其在生产过程中存在着一定的弊端与不足，如原料的利用率低、生产技术落后以及环境污染严重等问题，因此如何提高其生产效率，建立可持续发展的化工生产一直是科学技术工作者们所追求的目标。笔者在分析化学工业生产带来污染的基础上，从不同的方面对化学工业生产可持续发展的策略进行了较为详细的研究。

　　【关键词】化学工业;环境污染;可持续发展

　　当前，化学工业在世界各国的经济生产总值中占据了重要的地位，可谓是国家的基础产业和支柱产业。但是，众所周知，化工生产过程会给环境带来污染，这不仅是困扰我们也阻碍了化工行业的进一步发展。因此，要想使得化学工业生产得到高效、安全、可持续的发展，我们就必须正视化学工业生产中存在的不足，利用现代科学技术，完成化学工业生产过程的从传统的线形经济到循环经济的变革，充分解决化学工业生产中低能耗、高污染的问题，让化学工业生产向着环保型的、绿色的方向发展，这才是未来化学工业生产发展的方向。下面，笔者根据多年化学工业生产的实践经验，从以下几个方面对我国化学工业可持续发展进行研究。

　　1 化学工业生产带来的污染

　　化学工业生产的特点是化学产品的多样化、化学原料的多样化、生产路线的多样化以及生产方法的多样化、这些特点就决定了化学工业生产会给环境带来污染。

　　1.1 污染物的来源

　　在化工生产过程中，在进行主反应得到主产物的同时，往往也伴随着副反应、副产物的产生。这些副产物是我们不要的，如果在生产过程中不加回收处理，与废料一起排出就会给环境带来严重的污染。我们常常听说“工业三废”，其实就是指废水、废气和废渣，化工生产过程中产生的污染也无外乎这样的三种形态―气态、液态与固态。化学工业生产过程中，要依靠燃烧来提供大量的能量，但是与此同时燃烧产生的大量烟气(如SO2、CO2、NO2等)和烟尘对环境都会产生极大的危害。另外，液态的温度较高的废水排除后，对环境中水的溶解氧量产生极大影响，破坏水生生物和藻类种群的生存结构，导致水质下降。

　　1.2 化学工业生产中污染的特点

　　1.2.1 具有毒性大的特点

　　在化工厂排放的废弃物中，会存在一些有毒的甚至是剧毒的污染物。例如，在排放的废水中会含有一些氰、硫、砷，以及一些重金属离子如镉、铅等这些物质会对生物以及微生物产生巨大的危害。还有在排放的废气中会存在一些有剧毒性的气体，如二氧化硫、氯气、氮氧的化物、氯化氢等，能直接损害人体健康，给人们的生命安全带来无法估量的损害，因此在化工生产中，废水、废气、废渣的排放必须引起我们的高度重视。

　　1.2.2 具有种类多的特点

　　化学工业生产过程中排放的污染物具有种类多的特点，除了无机污染物(氰、硫、砷、钡、镉、铅)，还包括有机污染物(苯及其同系物、醇、醚、醛、酯、酮)以及固体污染物(粉尘、烟气和酸雾等浮游粒子)。这些种类繁多的污染物无论对大气、生物以及人体的健康都来了巨大的危害。这些污染物进入水中会造成水体的富营养化，危害生物。进入土壤中会使得土壤酸碱化，阻碍植物的生长。

　　2 化学工业生产可持续发展的策略研究

　　2.1 政府要增加化工生产过程中节能减排的投入

　　化工生产作为国家经济发展的支柱型产业，其发展应该得到政府的大力支持。因此，政府应该加强对相关化工产业污染治理的资金投入，例如设立清洁生产专项资金或者提供财政补贴。这样在政府的大力支持与鼓励下，化工企业才能更加致力于开发节能减排新技术，从而减少化工生产过程中的污染排放。

　　2.2 政府要建立相应的环境治理与保护机构

　　我们知道，无论是化工行业还是其他的产品生产行业或多或少的都会对环境造成污染，因此，政府可以集中资金以及相应的人力、物力来专门建设一个环境治理与保护的机构，专门负责对环境的评估与治理。这样将相关的环境治理的工作人员集中，能更好的攻克环境污染的问题，提高节能、减排的效果。

　　2.3 政府加大监管力度

　　政府的监管在环境的治理中起到了重要的作用。提高环境管理部门的监管力度，对超额排放的废气、废水、废渣进行罚款，能有效的阻止化工生产过程中废弃物的排放。并且环境监管部门还应该责令化工生产企业将生产过程中产生的废弃物进行合理的处理之后再进行排放，这样就能有效的减少废弃物对环境的污染，实现化工生产的可持续发展。

　　2.4 实施技术推进战略

　　根据我国化学工业发展的客观需求，按照“技术创新、结构调整、管理措施、政策引导”相结合的总体思路，使节能减排与清洁生产技术得到有效落实。我们知道化学工业生产是一个高能耗、高排放的产业，因此在化工生产过程中，集中力量解决其中一些重要产品生产的技术问题，实现低能耗、低排放，停止其中一些污染高、经济效益的化工生产，这样才能为化工行业的可持续发展提供一个新的出路。

　　2.5 实施技术组织战略

　　要充分发挥高校、科研设计机构与企业生产的优势，构建坏境污染治理的技术联盟。研究出控制排放、降低能耗的新的科学技术，以此来满足企业生产过程中对多种技术的需求，实现企业的可持续生产。

　　2.6 制定与时俱进的战略发展方针

　　化工行业在生产过程中，要以科学发展观为指导，时刻关注世界化学工业节能减排与清洁生产技术发展趋势，在企业生产内部采用生产技术创新、管理制度创新的综合治理措施，来提降低化工生产过程中的污染排放。并在化工企业内部逐渐建立资源节约、结构合理、环境友好的现代化学工业体系，实现我国化学工业的可持续发展。

　　3 结束语

　　综上所述，我国化学工业生产肩负着十分重要的责任，需要人们在化工生产的过程总将化工生产建设与环境保护协调发展。这就需要学生工业生产在促进产业升级、加强化工产品的市场竞争力的同时时刻注意对环境的保护，使得我国的化工生产在“科学发展观”的正确指引下由高污染、高能耗、粗放经营状态向以精细化学品、化工新材料、生物技术为核心的技术密集型产业的转变。最终实现化学工业生产的可持续发展，为我国社会主义现代化建设提供坚实的后备力量。

　　【参考文献】

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