Na2SO4-H2O體系滲透系數和活度系數的等壓法研究.pdf

1、硫酸鈉是海水和天然鹵水的主要成分，也是許多工業(yè)生產所使用溶液體系的重要組成成分。硫酸鈉溶液作為一種生產實踐常見的金屬硫酸鹽水溶液，現已廣泛應用于化學化工、地球化學和工業(yè)過程等領域，研究其物理化學性質如滲透系數、水活度、溶質活度系數、反應熱力學模型及其他相關熱力學性質等，對了解硫酸鈉在水溶液中的化學形態(tài)、研究硫酸鈉的分離提純和指導涉及硫酸鈉溶液體系相關的生產實踐等均具有重要的意義。
　　關于硫酸鈉溶液的熱力學性質已有較多研究，由于硫

2、酸鈉溶液的本身特性，目前關于Na2SO4-H2O體系滲透系數和溶質活度系數的測定方法主要采用的是等壓法。本文在前人研究的基礎上，通過改進傳統(tǒng)的等壓設備，研制了一套適用于低濃度溶液體系的新型等壓設備，并采用等壓法研究了Na2SO4-H2O體系極低濃度范圍0.01～0.74 mol·kg-1內的活度性質。
　　本文主要研究工作如下:
　　(1)基于傳統(tǒng)等壓設備在低濃度范圍的局限性，主要從三個方面對傳統(tǒng)等壓設備進行了改進。一是改進

3、等壓設備本身，以加快等壓設備平衡速度和提高實驗精度為設計方案，制造一套新型等壓設備;二是研制配套的新型控溫設備（包括旋轉裝置），采用“等壓設備環(huán)向方向旋轉+恒溫水上下方向循環(huán)”恒溫技術，以減少恒溫設備中的溫度波動;三是組裝新型抽真空設備，通過緩沖容器的溶液有效控制在抽真空過程中等壓設備內溶液的狀態(tài)，避免試樣溶液產生較大的氣泡和噴濺，提高實驗的確定性和精度。
　　(2)利用改進的等壓設備和實驗方法測定了298.15 K及303.15

4、 K時Na2SO4-H2O體系在極低濃度范圍0.01～0.74 mol·kg-1內的等壓平衡濃度，并計算了該體系的滲透系數和水活度;結合文獻報道的高濃度準確滲透系數數據，應用Pitzer離子相互作用模型，擬合得到了Na2SO4-H2O體系一套新的Pitzer參數:T=298.15 K時，β(0)=0.01888,β(1)=1.04250, Cφ=0.00550, R2=0.99637T=303.15 K時，β(0)=0.03063,β(

5、1)=1.08205, Cφ=0.00295, R2=0.99764由相關系數均在0.99以上，表明Pitzer模型對本實驗的適用性及擬合的相關性較好。
　　(3)采用本實驗擬合參數得到Na2SO4-H2O體系在實驗質量摩爾濃度下的滲透系數和水活度計算值，并與實驗值進行比較，結果顯示:298.15 K及303.15 K下滲透系數計算值與實驗值之間的平均偏差均在實驗測定的滲透系數的平均誤差范圍內，滲透系數相對偏差范圍分別為-1.51

6、％～0.91％、-1.37％～1.27％;298.15 K及303.15 K下水活度計算值與實驗值的相對偏差分別在0.017％和0.025％以下，表明Pitzer模型可以較好的描述硫酸鈉溶液體系的熱力學性質。得到滲透系數和水活度計算值隨質量摩爾濃度的變化規(guī)律。
　　(4)通過比較采用不同來源的Pitzer參數計算的Na2SO4在水溶液中的溶解度和文獻報道的準確的溶解度數據，驗證本文低濃度數據具有一定的可靠性且得到的Pitzer參數