磁场对溶液中置换反应的调控方法技术

本发明专利技术公开了一种磁场对溶液中置换反应的调控方法，在溶液中发生置换反应时，外加磁场。本发明专利技术在溶液中置换反应发生时外加磁场，不仅可以改变两种反应物之间的电位差，还可以影响溶液中离子向金属单质的扩散，从而调控溶液中置换反应的进程。本发明专利技术是利用外加磁场在一定温度条件下，大幅度地改变了溶液中置换反应需要的时间。这对于降低反应制备成本有巨大的效益价值，符合当前节约能源和保护环境的发展主题。

The control method of displacement reaction in solution by magnetic field

The invention discloses a method of regulating the displacement reaction in a solution by a magnetic field, and an external magnetic field is applied when the replacement reaction occurs in a solution. The magnetic field applied to the replacement reaction in the solution can not only change the potential difference between the two reactants, but also affect the diffusion of ions into the metal matrix in the solution, thus regulating the process of displacement reaction in the solution. The present invention makes use of the external magnetic field to greatly change the time needed for the replacement reaction in the solution under a certain temperature condition. This is of great benefit to reducing the cost of reaction preparation, and is in line with the development theme of current energy conservation and environmental protection.

【技术实现步骤摘要】
磁场对溶液中置换反应的调控方法
本专利技术涉及化学置换反应领域，尤其涉及磁场对溶液中置换反应的调控方法。
技术介绍
置换反应是单质与化合物反应生成另外的单质和化合物的化学反应，是化学中四大基本反应类型之一，覆盖的化学领域极广，其中金属单质和酸溶液，或金属单质盐溶液的反应更是在工业生产和环境保护中广泛存在。比如工业上的湿法炼铜就是铁和硫酸铜的置换反应；环境中的重金属汞离子对人体毒害巨大，在废水处理中常用铁屑去除有毒的汞离子。这些置换反应由于受金属单质的活泼性、形貌和溶液浓度的限制，往往需要较长的反应时间，这无疑会增大人力物力的投入。磁场和温度、压强一样，也是一种重要的热力学参数，而且磁场不仅可以往体系中输入能量，还可以无接触地控制磁性物质以及离子的运动，从而影响大量的物理和化学过程。随着社会的快速发展，资源短缺和环境问题日益突出，通过缩短反应时间，降低反应成本，越来越成为工业生产的迫切需求。一般情况下，溶液中置换反应需要较长时间（反应后期溶液中离子浓度降低，反应越缓慢）。溶液中置换反应主要涉及溶液离子A和金属单质B之间的电子转移，溶液中的离子A扩散到金属单质B表面，金属单质B失去电子变成离子，溶液中离子A获得电子变成单质或气体。本专利技术是基于在溶液里发生置换反应的过程中，通过外加磁场的辅助，调控上述反应过程。
技术实现思路
本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供磁场对溶液中置换反应的调控方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种磁场对溶液中置换反应的调控方法，在溶液中发生置换反应过程中，外加磁场。所述溶液中置换反应是金属单质和盐溶液的置换反应，或金属单质和酸的置换反应。所述溶液中置换反应是镁和酸的置换反应、或铝和酸的置换反应、或锌和酸的置换反应、或铁和酸的置换反应、或铁和铜离子盐溶液的置换反应、或锌和铜离子盐溶液的置换反应、或铜和银离子盐溶液的置换反应、或镁和铁离子盐溶液的置换反应。所述溶液中的置换反应是锌和硫酸铜生成铜和硫酸锌的置换反应，或铁和硫酸铜生成铜和硫酸亚铁的置换反应。所述锌或铁尺寸为1um-1m，硫酸铜溶液浓度为0.01mol/L-10mol/L。所述的外加磁场为稳态磁场或交变磁场。所述稳态磁场是均匀磁场，磁场强度0.005T-10T；或者是梯度磁场，磁场强度0.005T-10T,磁场梯度为0.1T2/m-500T2/m。所述交变磁场的磁场强度为5Gs-10000Gs，频率为1Hz-500KHz。所述的磁场对溶液中置换反应的调控方法，包括以下具体步骤：（1）将反应物放入同一容器里；（2）将反应体系放在外加磁场下进行置换反应。所述置换反应温度为-20℃～200℃。本专利技术的有益效果：本专利技术在溶液中置换反应发生时外加磁场，不仅可以改变两种反应物之间的电位差，还可以影响溶液中离子向金属单质的扩散，从而调控溶液中置换反应的进程。磁场对化学反应影响的工作虽然有很多，但是大部分集中在高分子聚合反应、光化学反应和电化学反应，并以磁场改变产物形貌的研究居多，而磁场影响溶液中置换反应的工作鲜有报道，本专利技术针对溶液中置换反应，首次使用磁场的手段调控其反应速率。本专利技术是利用外加磁场在一定温度条件下，大幅度地改变了溶液中置换反应需要的时间。这对于降低反应制备成本有巨大的效益价值，符合当前节约能源和保护环境的发展主题。附图说明图1是硫酸铜溶液在有无磁场下的颜色变化图。图2是硫酸铜溶液在有无磁场条件下反应2小时后吸光度的对比图。具体实施方式实施例首先取7.98g的无水硫酸铜粉末，配置好250ml、浓度为0.2mol/L的硫酸铜溶液，然后取10ml硫酸铜溶液和0.18gZn粒，锌粒直径为2mm，放入培养皿中，将培养皿放入永磁铁提供的磁场环境中，磁场强度500Gs，磁场梯度10T2/m。另制备完全相同的反应体系放入无磁场环境下。对两个环境下的反应进行实时拍照记录，结果如图1所示。图1是硫酸铜溶液在有无磁场下的颜色变化图，左侧是不加磁场，右侧加磁场，蓝色是Cu离子的颜色，颜色变浅代表铜离子被置换，浓度降低，同样时间时颜色越浅代表反应速度越快。可以看出加磁场情况下，溶液3h时颜色明显比不加磁场浅，而且5h时加磁场的溶液基本无色，不加磁场的依然有明显蓝色。从图中可以看出，锌和硫酸铜的整个反应现象就是蓝色逐渐变浅直至无色，在同样的条件下，在磁场环境中的置换反应颜色变化明显加快，到达无色的所需的时间远远小于不加磁场时情况。图2也可以佐证这个结果，横坐标表示波长，纵坐标吸光度代表离子浓度，最上面的实线是铜离子原溶液吸光度曲线，中间的虚线和最下面的点划线分别代表无磁场和有磁场条件下锌和硫酸铜置换反应2小时后的吸光度曲线，水合铜离子在810nm左右有吸收峰，吸光度越强代表铜离子浓度越高，可以看出有磁场的条件下，溶液吸光度更小，即剩余的铜离子浓度更小,反应更快。因此通过图1和图2，从宏观上证明了磁场加速了溶液中的置换反应。通过对上述实施实例的测试结果进行对比分析，可知磁场的存在对溶液中的置换反应有明显调控效果，有助于控制溶液中置换反应所需的时间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁场对溶液中置换反应的调控方法，其特征在于，在溶液中发生置换反应过程中，外加磁场。

【技术特征摘要】
1.一种磁场对溶液中置换反应的调控方法，其特征在于，在溶液中发生置换反应过程中，外加磁场。2.根据权利要求1所述的磁场对溶液中置换反应的调控方法，其特征在于，所述溶液中置换反应是金属单质和盐溶液的置换反应，或金属单质和酸的置换反应。3.根据权利要求2所述的磁场对溶液中置换反应的调控方法，其特征在于，所述溶液中置换反应是镁和酸的置换反应、或铝和酸的置换反应、或锌和酸的置换反应、或铁和酸的置换反应、或铁和铜离子盐溶液的置换反应、或锌和铜离子盐溶液的置换反应、或铜和银离子盐溶液的置换反应、或镁和铁离子盐溶液的置换反应。4.根据权利要求3所述的磁场对溶液中置换反应的调控方法，其特征在于，所述溶液中的置换反应是锌和硫酸铜生成铜和硫酸锌的置换反应，或铁和硫酸铜生成铜和硫酸亚铁的置换反应。5.根据权利要求4所述的磁场对溶液中置换反应的调控方法，其特征在于，所述锌或铁尺寸为1um-1m...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛志高，刘财兴，卞跃成，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34