[发明专利]磁场对溶液中置换反应的调控方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。本发明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。

发明内容

本发明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。

本发明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℃。

本发明的有益效果：本发明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，本发明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。

本发明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。