二甲基脲溶液熱力學及其晶型和晶習研究.pdf

1、二甲基脲溶液熱力學及其晶型和晶習研究二甲基脲溶液熱力學及其晶型和晶習研究AstudyofSolutionThermodynamics、PolymphismHabitof13dimethylurea學科專業(yè)：化學工程研究生：朱培培指導教師：陳巍副教授天津大學化工學院二零一六年五月中文中文摘要摘要13二甲基脲（簡稱DMU）主要作為茶堿和咖啡因制作的中間體，還可以作為纖維處理劑或者是交聯(lián)劑，在食品、醫(yī)藥等領域得到了廣泛的應用。目前國內外對于D

2、MU的研究都集中在對其合成工藝的研究，雖然有文獻報道DMU具有多種晶型，但是目前為止還未有關于DMU溶液熱力學以及晶型和晶習方面的系統(tǒng)研究。在上述背景下，本文對DMU的溶液熱力學進行了深入研究，并且在此基礎上對DMU晶體的多晶型以及晶習進行了研究并加以探討。本文采用動態(tài)激光檢測法對DMU在十五種溶劑中的溶解現(xiàn)象進行了探究與討論，并且根據(jù)溶解度溫度的相互關系，對其溶解度數(shù)據(jù)進行了擬合。在此基礎上進一步探究了DMU溶解過程中的熱力學性質的變

3、化（焓、熵和自由能），這為研究DMU的冷卻結晶工藝打下了基礎，提供了保障。研究結果表明，DMU在不同溶劑中的溶解度數(shù)據(jù)均隨著溫度的變化而變化，且呈現(xiàn)正相關關系。并且DMU的溶解過程是吸熱的非自發(fā)過程。除此之外還利用線性溶劑化能理論對其溶解性質進一步討論，通過研究溶質溶劑以及溶劑溶劑之間的相互作用力加深了對其溶解機理的解釋。研究顯示：在溶質溶劑之間相互作用力中，DMU中羰基與醇羥基表現(xiàn)出的氫鍵接受能力、甲胺基與羥基之間表現(xiàn)出的氫鍵貢獻能力

4、以及溶質溶劑之間的極化作用力促進了溶質在溶劑中的溶解。為了進一步從微觀層面解釋DMU在不同溶劑中的溶解機理，本文利用COSMORS軟件對DMU溶解性質進行了分析，結果顯示化學勢、相互作用焓以及溶劑化自由能越負，越有利于溶質的溶解，因此導致溶質的溶解度越大。其中，相互作用焓的影響中，氫鍵能的貢獻最大，也就是DMU甲胺基與溶劑的羥基或者其它可接受氫鍵的基團之間的作用力較強。此外，利用COSMORS軟件對DMU在十五種溶劑中的溶解度進行了預測

5、，與實驗結果顯示了很好的一致性。最后，本文對DMU冷卻結晶過程中晶型和晶習的變化進行了研究，通過控制終點溫度開發(fā)了得到兩種晶型的方法：大于30℃左右時可以穩(wěn)定的得到晶型I產品，低于30℃左右時可以穩(wěn)定的得到晶型II產品。其次研究了溶劑對于DMU晶習的影響，溶劑的極性是影響晶體生長的一大重要因素。隨著溶劑極性的增加，得到的晶體長徑比減小，獲得的產品呈現(xiàn)短粗狀，流動性較好。因此，可以通過采用不同的溶劑體系，在保證收率的前提條件下獲得滿意的晶