北京化工大学理学院：《分离科学与技术》课程电子教案（PPT教学课件）第十一章 微波化学 Microwave Chemistry

微浪化学 Microwave Chemistry

1 微 波 化 学 Microwave Chemistry

目录 微波能介绍 微波化学的发展历程

2 目录 • 微波能介绍 • 微波化学的发展历程

微波能介绍 X- Rays Ultraviolet磊 Infrared Microwaves Radiowaves Laser radiation 10-1010910810710610-510410310210-11 Wave Length(meters) 3×10123X1010 3x108 3×10 3x10 3X10 Frequency(MHz) Molecular vibrations Inner-shell electrons Outer -shell (valence) electrons Molecular rotations

3 X-Rays Ultraviolet Infrared Microwaves 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 3x1012 3x1010 3x108 3x106 3x104 3x102 Frequency (MHz) Laser Radiation Wave Length (meters) Molecular rotations Molecular vibrations Outer-shell (valence) electrons Inner-shell electrons Radiowaves Visible 一 .微 波 能 介 绍

●徼波是频率大约在300MHz~300GHz。 ●波长在100cm至1mm范围内的电磁波, 位于红外辐射光谱和无线电波之间。 ●常用微波频率:2450MHz 波长125cm Anal. Chem. ZSU

4 ● 微波是频率大约在300 MHz ~300 GHz。 ● 波长在100 cm至1 mm范围内的电磁波, 位于红外辐射光谱和无线电波之间。 ● 常用微波频率：2450 MHz 波长12.5 cm Anal. Chem. ZSU

微浪与物质的作用 Materials that are transparent to microwaves e.g. sulphur Materials that reflect microwaves eg· copper Materials that absorb microwaves e.g. water

5 微波与物质的作用: • Materials that are transparent to microwaves – e.g. sulphur • Materials that reflect microwaves – e.g. copper • Materials that absorb microwaves – e.g. water

微波与物质的作用: 与微波化学有关的物质主要是 吸收微波的材料,按照这些材 料被加热的机理,它们又可被 分为: 1. Dipolar polarisation 2. Conduction mechanism 3. Interfacial polarisation 上迷作用都可使物质的温 度快速升高—热效应

6 微波与物质的作用: • 与微波化学有关的物质主要是 吸收微波的材料，按照这些材 料被加热的机理，它们又可被 分为： • 1. Dipolar polarisation • 2. Conduction mechanism • 3. Interfacial polarisation 上述作用都可使物质的温 度快速升高——热效应

Dipolar polarisation 偶极作用 (Dipole interactions) 微波能的电场增加时, 电场使极性分子有一定 取向,电场减弱时,重 新恢复热运动的无序状 态。每秒内分子的定向 和热无序状态变化4.9 x109次,因此加热非 常快

7 Dipolar Polarisation (Dipole interactions) 偶极作用 微波能的电场增加时， 电场使极性分子有一定 取向，电场减弱时，重 新恢复热运动的无序状 态。每秒内分子的定向 和热无序状态变化4.9 x 109 次，因此加热非 常快

Conduction mechanisms (onic conduction) 离子传导 在所加电磁场中被 解离的离子的传导 迁移。这种离子迁 9↑ EP 移电流由于离子流 电阻产生热

Conduction Mechanisms (Ionic conduction) 离子传导 在所加电磁场中,被 解离的离子的传导 迁移。这种离子迁 移电流由于离子流 电阻产生热

Interfacial polarisation 这可被看作是前述两种作用的结合,对 于非导体材料中散布有导体材料的情况 (如硫中散布有金属颗粒的情况),这 机理是主要的 硫不吸收微波,但是金属粉末却是 好的微波吸收体,通过类似于偶极极化 的机理而被加热。其环境(硫)则类似 于极性分子的溶剂,通过一种相当于极 性溶剂中的粒子间作用力限制离子的运 动。这些限制力在振荡场的作用下将使 离子的运动位相发生滞后,进而导致离 子的随机运动而使体系发热

9 Interfacial Polarisation • 这可被看作是前述两种作用的结合,对 于非导体材料中散布有导体材料的情况 （如硫中散布有金属颗粒的情况），这 一机理是主要的： 硫不吸收微波，但是金属粉末却是 好的微波吸收体，通过类似于偶极极化 的机理而被加热。其环境（硫）则类似 于极性分子的溶剂，通过一种相当于极 性溶剂中的粒子间作用力限制离子的运 动。这些限制力在振荡场的作用下将使 离子的运动位相发生滞后，进而导致离 子的随机运动而使体系发热

微波加热作用的特点: 在不同深度同时产生热,这种 “体加热作用”,不仅使加热 更快速,而且更均匀,从而大 大缩短了处理材料所需的时间, 节省了宝贵的能源,还可大大 改善加热的质量,保持食品的 营养成分,防止材料中有用 (有效)成分的流失等

10 微波加热作用的特点： • 在不同深度同时产生热，这种 “体加热作用”，不仅使加热 更快速，而且更均匀，从而大 大缩短了处理材料所需的时间， 节省了宝贵的能源，还可大大 改善加热的质量，保持食品的 营养成分，防止材料中有用 （有效）成分的流失等