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超声波辐射合成氰酸钾

   氰酸钾是一种重要的碱金属氰酸盐,广泛用于制取催眠药、麻醉药、除草剂、金属表面硬化处理、有机合成等。超声波作为一种新的反应能量形式已越来越多地被广泛应用于合成化学中。
   1.声强对氰酸钾含量的影响
   超声辐照合成氰酸钾时,采用冷却介质移走超声辐照所生热量,反应体系基本保持恒温。实验条件为:反应温度140℃,反应时间2h,原料配比3.0:1,溶剂配比8.0∶1。 从中可见,氰酸钾含量随着声强的增大而增大,并且在声强低时增长较快,随着声强的逐步增大,这种增长趋势逐渐趋缓。这种变化与声化学理论相符,声化学研究表明,声强是影响声化学效率的重要因素。在实验条件下,声强越高,超声空化作用越强烈,声化学产率越高。另外,超声空化越强越有利于尿素的溶解及碳酸钾颗粒的破碎,有利于传质与反应。
   2.反应温度对氰酸钾含量的影响
   采用超声波辐照合成氰酸钾时,温度对氰酸钾含量的影响很大,在130℃以下,反应缓慢,氰酸钾的含量低于30%,超过130℃,反应迅速,氰酸钾含量急剧增大,在140℃反应,氰酸钾含量为98.22%。氰酸钾含量随着温度的升高而增大,一方面原因是由于温度升高,反应物分子更多地成为活化分子,反应速率加快,另一方面,也是由于声空化作用的结果。
   超声辐照能够加速反应的原因可能为声空化作用:功率超声为化学反应提供了一种新的能量形式,即超声空化释放出的能量,超声空化气泡是在声波负压相作用下而产生的,即液体在声波负压作用下被拉开而形成空穴,随后又在声波正压相作用下迅速崩溃,整个过程发生在ns~μs时间内,当空化泡崩溃时,会产生瞬时高温高压,这样就为化学反应提供了一个极特殊的物理化学环境。
  (1)超声辐照合成氰酸钾的正交实验结果表明声强对氰酸钾含量的影响较大,其余影响因素依次为温度、原料配比、反应时间、溶剂配比。较佳反应条件:声强 5.63w/㎝²,温度140℃,时间2h,原料摩尔比3.5∶1,溶剂配比6.0∶1。
  (2)单因素实验表明氰酸钾含量随着声强及温度的提高而增大。 
  (3)与同样条件下无超声辐照反应相比,超声辐照反应可以明显提高氰酸钾含量,从而提高产品质量及生产效率。

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