Na2SO4-H2O體系滲透系數(shù)和活度系數(shù)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(chǎn)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(chǎn)實(shí)踐常見(jiàn)的金屬硫酸鹽水溶液，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于化學(xué)化工、地球化學(xué)和工業(yè)過(guò)程等領(lǐng)域，研究其物理化學(xué)性質(zhì)如滲透系數(shù)、水活度、溶質(zhì)活度系數(shù)、反應(yīng)熱力學(xué)模型及其他相關(guān)熱力學(xué)性質(zhì)等，對(duì)了解硫酸鈉在水溶液中的化學(xué)形態(tài)、研究硫酸鈉的分離提純和指導(dǎo)涉及硫酸鈉溶液體系相關(guān)的生產(chǎn)實(shí)踐等均具有重要的意義。
　　關(guān)于硫酸鈉溶液的熱力學(xué)性質(zhì)已有較多研究，由于硫

2、酸鈉溶液的本身特性，目前關(guān)于Na2SO4-H2O體系滲透系數(shù)和溶質(zhì)活度系數(shù)的測(cè)定方法主要采用的是等壓法。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)的等壓設(shè)備，研制了一套適用于低濃度溶液體系的新型等壓設(shè)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(nèi)的活度性質(zhì)。
　　本文主要研究工作如下:
　　(1)基于傳統(tǒng)等壓設(shè)備在低濃度范圍的局限性，主要從三個(gè)方面對(duì)傳統(tǒng)等壓設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。一是改進(jìn)

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

4、 K時(shí)Na2SO4-H2O體系在極低濃度范圍0.01～0.74 mol·kg-1內(nèi)的等壓平衡濃度，并計(jì)算了該體系的滲透系數(shù)和水活度;結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道的高濃度準(zhǔn)確滲透系數(shù)數(shù)據(jù)，應(yīng)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(shù):T=298.15 K時(shí)，β(0)=0.01888,β(1)=1.04250, Cφ=0.00550, R2=0.99637T=303.15 K時(shí)，β(0)=0.03063,β(

5、1)=1.08205, Cφ=0.00295, R2=0.99764由相關(guān)系數(shù)均在0.99以上，表明Pitzer模型對(duì)本實(shí)驗(yàn)的適用性及擬合的相關(guān)性較好。
　　(3)采用本實(shí)驗(yàn)擬合參數(shù)得到Na2SO4-H2O體系在實(shí)驗(yàn)質(zhì)量摩爾濃度下的滲透系數(shù)和水活度計(jì)算值，并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，結(jié)果顯示:298.15 K及303.15 K下滲透系數(shù)計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值之間的平均偏差均在實(shí)驗(yàn)測(cè)定的滲透系數(shù)的平均誤差范圍內(nèi)，滲透系數(shù)相對(duì)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(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)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(xué)性質(zhì)。得到滲透系數(shù)和水活度計(jì)算值隨質(zhì)量摩爾濃度的變化規(guī)律。
　　(4)通過(guò)比較采用不同來(lái)源的Pitzer參數(shù)計(jì)算的Na2SO4在水溶液中的溶解度和文獻(xiàn)報(bào)道的準(zhǔn)確的溶解度數(shù)據(jù)，驗(yàn)證本文低濃度數(shù)據(jù)具有一定的可靠性且得到的Pitzer參數(shù)