固相模板法合成磷酸鋅及其表征

王金霞，高艷陽，張 月

(中北大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，山西太原 030051)

固相化學(xué)是研究固體物質(zhì)的制備、組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的科學(xué)。它作為一門科學(xué)已為人類提供了大量推動信息、能源、航天和材料科學(xué)發(fā)展的材料。隨著當(dāng)今環(huán)境質(zhì)量日益惡化，在工業(yè)生產(chǎn)中低污染、低能耗、高產(chǎn)率的化學(xué)過程受到人們越來越多的重視。固相化學(xué)反應(yīng)不需要溶劑，而且還具有高度選擇性、高產(chǎn)率、低能耗等優(yōu)點，是化學(xué)家們面臨的為數(shù)不多的清潔化學(xué)生產(chǎn)過程之一。

磷酸鋅是一種白色粉末或晶體，具有廣泛用途，它不但可以作為催化材料、氣體分離與吸附劑、離子交換劑等用于石油與天然氣加工、精細化工、環(huán)境與核廢料處理等方面，而且在功能材料組裝及藥物嵌入等方面也表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。到目前為止，人們已經(jīng)用液相或液相模板劑法合成出了一系列的磷酸鋅分子篩，但用固相模板劑法制備磷酸鋅的文章還未見報道。

本文用固相合成方法，以對苯二胺作為模板劑，在80℃反應(yīng)4 h合成了磷酸鋅化合物，并對其進行了一定的表征。結(jié)果表明，加入模板劑，用固相合成方法可以在低溫短時內(nèi)合成磷酸鋅化合物。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

實驗用的對苯二胺、氯化鋅、磷酸二氫鈉等試劑均為分析純。

FTIR-8400S型紅外光譜分析儀，日本;VarioⅢ型元素分析儀，德國;WCT-2型熱重分析儀，北京光學(xué)儀器廠;UV751-GD型分光光度儀，上海儀器有限公司。

1.2 磷酸鋅的制備

分別將對苯二胺、NaH2PO4和ZnCl2按物質(zhì)的量比1∶1∶1準(zhǔn)確稱量后置于研缽中，研磨40 min左右使之成均相，將此反應(yīng)物轉(zhuǎn)入烘箱中于80℃恒溫反應(yīng)4 h，將反應(yīng)得到的白色粗產(chǎn)物冷卻致室溫并研碎，用蒸餾水洗滌三次，再用乙醇洗兩次，過濾，置烘箱中于60℃干燥，得到白色粉末狀產(chǎn)品。

2 結(jié)果與討論

2.1 化合物的組成分析

表1 產(chǎn)物的組成分析數(shù)據(jù) %

由表1中的分析數(shù)據(jù)可推出產(chǎn)物的化學(xué)式為C6N2H14·(ZnPO4)2·H2O。分子中解析得到的、C、N、H的物質(zhì)的量比為1∶1∶3∶1∶8，與實驗結(jié)果一致。

2.2 紅外光譜

產(chǎn)物的紅外吸收光譜圖見下頁圖1。

圖1 化合物的紅外光譜

由圖1可以看出，在1519.80、1577.66、1 618.17 cm-1的三個特征吸收可歸屬為苯環(huán)的骨架振動的吸收峰。754.12 cm-1處有一個特征吸收，說明苯環(huán)上是對位取代。2856.38、2621.08、2 136.98 cm-1處的特征吸收歸屬為N—H的伸縮振動吸收峰，由此可知，產(chǎn)物中存在對苯二胺。

1 215.07、991.34 cm-1處的強吸收為中P—O的非對稱伸縮振動;825.48 cm-1為P—O的對稱伸縮振動;649.9、555.46、507.24 cm-1處較弱的吸收為O—P—O的非對稱變形振動，說明產(chǎn)物中含有磷酸根。

2.3 熱重分析

產(chǎn)物的熱重分析曲線見圖2。

圖2 化合物的熱重曲線

由圖2可知，159～388℃失重4.06%，這個溫度歸屬為失去結(jié)晶水，391～901℃總的失重率為25.22%，此失重歸屬為產(chǎn)物中模板劑的脫除，它失重的多少與理論值(25.53%)一致。由熱重曲線可知，模板劑的脫除是分步進行的，其中391～420℃之間有明顯的失重，失重為4.2%，歸屬為6分子化合物脫除1分子模板劑，到901℃時模板劑全部從骨架結(jié)構(gòu)中脫除，導(dǎo)致產(chǎn)物骨架結(jié)構(gòu)塌陷，骨架塌陷以后的分子式為ZnHPO4。

綜合以上各項表征結(jié)果分析，用對苯二胺、氯化鋅與磷酸二氫鈉反應(yīng)可以合成出帶模板劑的磷酸鋅化合物，并且初步可以推出產(chǎn)物的化學(xué)式為C6N2H14·(ZnPO4)2·H2O。