鈦酸鉀水合機(jī)理研究及高溫離子交換熱力學(xué)計(jì)算.pdf

1、環(huán)境保護(hù)和資源綜合利用是當(dāng)今國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)之一。介孔TiO2由于兼?zhèn)涓弑缺砻娣e和高活性的優(yōu)點(diǎn)，在儲(chǔ)氫、燃料電池、光催化降解有機(jī)物，加氫脫硫，以及固體酸催化等方面受到人們的特別關(guān)注。目前制備介孔TiO2多為模板劑法或溶膠-凝膠法，致使合成成本高、產(chǎn)物熱穩(wěn)定性差、合成量少；另一方面，銣(Rb)、銫(Cs)是重要的稀有金屬，在宇航、能源、醫(yī)藥、催化、電子管等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，在我國(guó)鹽湖鹵水、光鹵石、地?zé)崴Y源中，銣、銫含量豐富，但目前提

2、取方法普遍存在離子交換容量低、選擇性差等問題。
　　 作為一類新型先進(jìn)功能材料，鈦酸鉀既是TiO2材料的廉價(jià)、易得來源之一，又是一種性能優(yōu)異的離子交換材料。課題組在鈦酸鉀的離子交換方面已有非常細(xì)致的工作，并已建立了完整的熱力學(xué)模型，完全達(dá)到了各種鈦酸鉀及其衍生物的可控、快速制備。但對(duì)于其在高溫熔體條件下的離子交換反應(yīng)的熱力學(xué)及可行性計(jì)算尚未開展。
　　 本課題組以層狀二鈦酸鉀晶須為前驅(qū)體，用非模板劑的方法制備出了高比表面

3、積、高熱穩(wěn)定性、低成本的介孔TiO2晶須。但由于制備過程中最重要的水合成孔過程機(jī)理沒有研究清楚，所以水合過程中的用水量無法定量控制，且成孔時(shí)間為7-10天，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)周期長(zhǎng)、質(zhì)量穩(wěn)定性差，嚴(yán)重制約了其規(guī)模化制備。
　　 為分析水合過程中水對(duì)K2Ti2O5成孔的影響，強(qiáng)化水合成孔過程、縮短生產(chǎn)時(shí)間，本文采用水蒸氣增濕K2Ti2O5的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水合過程，此方法可以獲得均勻的水合產(chǎn)物。首次以在線測(cè)定的方式獲得了K2Ti2O5在3

4、0℃、60℃、90℃的飽和水蒸汽中的吸水動(dòng)力學(xué)曲線。在此基礎(chǔ)之上，本文首次采用熱重在線分析了K2Ti2O5吸水后的不同樣品，獲得了水合過程中的結(jié)晶水轉(zhuǎn)變的過程。
　　 本文主要建立了一套可在線分析K2Ti2O5水合過程的實(shí)驗(yàn)和表征方案，水蒸汽增濕法可為進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表征提供均勻、可靠、即時(shí)的樣品。為將來系統(tǒng)分析和表征K2Ti2O5水合成孔過程結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變提供了一套研究方法。
　　 基于K2Ti6O13可與NaCl在高溫下進(jìn)行

5、離子交換反應(yīng)，本文首先通過建立可靠的熱力學(xué)物性數(shù)據(jù)估算方法對(duì)復(fù)合氧化物Na2Ti6O13、K2Ti6O13、Rb2Ti6O13和Cs2Ti6O13的Cp、△fH0m，298、△fG0m，298和△fS0m，298基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)進(jìn)行了估算，建立了K2Ti6O13-NaCl、RbCl、CsCl高溫離子交換反應(yīng)的熱力學(xué)模型，并分別計(jì)算了各反應(yīng)體系在不同反應(yīng)條件下的反應(yīng)進(jìn)度X0。研究結(jié)果表明，在相同的反應(yīng)條件下，各反應(yīng)體系高溫離子交換反應(yīng)的難易程