基本信息
- 项目名称：
- 水热法合成稀土氯化物的条件探讨
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品以稀土氧化物和盐酸为原料，分别制备了在不同温度及pH值下的DyCl3•nH2O(s)和LaCl3•nH2O(s)；运用滴定分析及差减法，测定了不同条件下所得稀土氯化物的结晶水含量，以温度-结晶水含量及pH值-结晶水含量作图，结果表明稀土氯化物中结晶水的含量随温度的升高先减少后增加，在60℃时出现最小值；结晶水含量随pH的增加呈S型曲线递增。
- 详细介绍：
- 稀土是当今世界各国的一种重要的战略物质，它具有独特生理生化活性，稀土氯化物能与许多具有生理活性的有机配体形成配合物，并且所形成的稀土配合物有很好的镇痛、消炎、杀菌、抗凝血和抗肿瘤作用，在生物医药领域方面具有广阔的应用前景。另外，稀土氯化物本身作为一种有机合成试剂或催化剂，也经常用于有机合成之中。工业上生产稀土氯化物一般是用稀土精矿与盐酸相互反应，在一定的温度下通过调节溶液的酸度，滤除杂质，再经浓缩结晶而得到产品。但是温度和酸度的控制问题却没有得到很好的解决。 本作品以稀土氧化物和盐酸为原料，分别制备了在不同温度及pH值下的DyCl3•nH2O(s)和LaCl3•nH2O(s)；运用滴定分析及差减法，测定了不同条件下所得稀土氯化物的结晶水含量，以温度-结晶水含量及pH值-结晶水含量作图，结果表明稀土氯化物中结晶水的含量随温度的升高先减少后增加，在60℃时出现最小值；结晶水含量随pH的增加呈S型曲线递增。这一结论能很好地指导解决工业上生产稀土氯化物的温度和酸度控制问题，将大大减少稀土氯化物合成过程中的能源消耗量和盐酸的使用量，使稀土氯化物的合成工艺逐步向绿色化方向转变。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 作品的撰写目的：旨在找到合成稀土氯化物最适宜的条件，试图为稀土氯化物的工业化生产提供有价值的参考依据。 作品的基本思路：采用单因素控制法，分别制备了在不同温度及pH值下的DyCl3•nH2O(s)和LaCl3•nH2O(s)；运用滴定分析及差减法，测定了不同条件下所得稀土氯化物的结晶水含量，以温度-结晶水含量及pH值-结晶水含量作图，得出实验结论。
科学性、先进性及独特之处
- 作品的科学性：运用精密的现代仪器分析及成熟可靠的滴定分析方法为实验手段，探索出了外部条件对水合物结晶水含量影响的规律 作品的先进性：水热法合成含水稀土氯化物，设备简单、投资少、易于投产，目前关于用水合热法来制备稀土氯化物的最佳条件的研究，缺乏系统的论述，本研究属于首次探索 作品的独特之处：以工业生产为出发点和归宿，做到学有所用，将所学的专业知识运用于实际生产之中
应用价值和现实意义
- 本研究所取得的成果对工业上合成稀土氯化物具有重要的指导作用。我国每年用于生物医药领域和催化合成领域的稀土氯化物数量巨大，若能很好地解决工业上生产稀土氯化物的温度和酸度控制问题，将大大减少稀土氯化物合成过程中的能源消耗量和盐酸的使用量，使稀土氯化物的合成工艺逐步向绿色化方向转变。
学术论文摘要
- 摘要：采用单因素控制法，分别制备了在不同温度及pH值下的DyCl3•nH2O(s)和LaCl3•nH2O(s)；运用滴定分析及差减法，测定出了不同条件下所得稀土氯化物的结晶水含量，以温度-结晶水含量及pH值-结晶水含量作图，结果表明稀土氯化物中结晶水的含量随温度的升高先减少后增加，在60℃时出现最小值；结晶水含量随pH的增加呈S型曲线递增，低pH值对结晶水含量影响较为明显，高pH值对结晶水含量影响不大。
获奖情况
- 本作品已经发表在广州市化学化工学会、广州市化工行业协会和广州化工研究设计院联合主办的综合性化工科技刊物，美国《化学文摘》(CA)重点收录期刊、中国核心期刊（遴选）数据库全文收录期刊、中国学术期刊综合评价数据库统计源刊、中国期刊全文数据库全文收录期刊、和广东省、广州市优秀期刊《广州化工》2010年12月第12期上。并荣获湘南学院第五届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛二等奖。
鉴定结果
- 项目成果论文公开发表，并获得了大学生挑战杯竞赛院级二等奖，项目质量达到任务要求；项目操作过程完全真实；项目有一定的后续效果及社会影响 。
参考文献
- [1] 唐建军, 周康根. 减压膜蒸馏从稀土氯化物溶液中回收盐酸[J]. 膜科学与技术, 2002, 22(4): 38-42. [2] 稀土在尾气净化领域的应用技术产品开发及产业化推广[J]. 四川稀土, 2010, 1: 10-12. [3] 全志龙, 王献红, 赵晓江, 王佛松. 稀土催化CO2和环氧丙烷的共聚合(Ⅰ)配体对活性中心缺电性及聚合反应的影响[J]. 华侨大学学报(自然科学版), 2010, 31(3): 292-296. [4] 杨波, 宋爱华. La、Ce、Nd—氧氟沙星配合物的制备及其抗菌活性[J]. 沈阳药科大学学报, 2001, 18(4): 268-270. [5] 杨晓改, 杨晓达, 王夔. 稀土药用研究的动向和问题[J]. 化学进展, 2007, 3: 201-204. [6] 陈华妮, 孙艳辉, 符远翔. 氯化铵氯化法制备无水稀土氯化物的反应机制[J]. 稀土, 2008, 29(2): 54-59. [7] 王育红, 王林山. 化学气相传输法制备无水稀土氯化物[J]. 中国稀土学报, 2000, 18(1): 74-75. [8] 闫立东. Diamond TG／DTA6300综合热分析仪应用过程中的几点研究[J]. 化工中间体, 2005, 10: 24-26. [9] 王瑞斌. EDTA差减法准确测定铜盐中铜含量方法的研究[J]. 陕西科技大学学报(自然科学版), 2006, 24(1): 50-52.
同类课题研究水平概述
- 稀土是镧系元素及钪、钇十七种元素的总称，占周期表中全部元素的六分之一，是一个亟待开发的领域。我国拥有得天独厚的稀土自然资源，已探明储量占世界总储量的80%以上。 稀土元素的外层电子结构很特殊，能够与不同配体组成系列配合物，使其具有很多不同寻常的光、电、磁及化学特性[1-4]。大量实验表明，稀土和许多生物分子有很强的亲合力，并能参与重要的生命过程，对多种酶或酶原具有激活或抑制作用，具有明显的抗菌消炎作用和抗肿瘤作用[5-9]。同时，稀土氯化物本身作为一种有机合成试剂或催化剂，也经常用于有机合成之中[10-12]。 我国每年用于生物医药领域和催化合成领域的稀土氯化物数量巨大，如何利用最佳的方法生产大量的稀土氯化物已成为工业界迫切需要解决和开发的领域。人们对于稀土配合物在医学上的疗效及作为许多稀土新材料的添加剂研究已有大量报道[13-15]，但关于稀土氯化物的制备条件的报道却相当地少，尤其是对能应用于工业化生产条件的探索报道更是屈指可数。 目前，稀士氯化物的制备，一般可分为湿法、火法。虽然，关于火法制备无水稀土氯化物的反应机制已有一些报道，例如：东北大学王育红等[16]报道的《化学气相传输法制备无水稀土氯化物》、华南师范大学陈华妮等[17]报道的《氯化铵氯化法制备无水稀土氯化物的反应机制》，但由于火法对温度要求高、氯化设备比较贵、投资较大等原因，所以一直没能投入进行大规模的生产。且由于无水稀土卤化物的物性特点：在空气中极易于发生潮解，这就要求我们首先就要制备含水氯化物，而当前关于稀土氯化物工业化生产的酸度和温度控制却没能得到很好的解决。 湿法即水热法合成含水稀土氯化物，设备简单、投资少、易于投产，具有极大的开发空间和可观的经济前景，但目前关于用水合热法来制备稀土氯化物的最佳条件的研究，却缺乏系统的论述。本研究以无机化学中所提到的知识点 “温度和pH值对水合物的结晶水含量有显著的影响作用”[18]为理论依据，运用精密的现代仪器分析及成熟可靠的滴定分析方法作为实验手段，进一步探索出了外部条件对水合物结晶水含量影响的具体规律，试图为稀土氯化物的工业化生产提供有价值的参考依据，进一步解决稀土氯化物合成过程中的温度和酸度控制问题，减少合成过程中的能源与盐酸的消耗量，力图使生产稀土氯化物的工艺向绿色化方向转变。
