试析钛酸盐离子交换过程动力学和热力学研究

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1、南京工业大学硕士学位论文钛酸盐离子交换过程动力学和热力学研究姓名：魏涛申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：陆小华;冯新2002.6.1摘要＼，1、化学工程的目标是使生产规模化和低消耗。近年来，低温的软化学制备方法，如离子交换方法，得到了迅速的发展。层状水合碱余属钛复合氧化物具有离子的层间可逆脱嵌特性。本论文通过建立离子交换的动力学和热力学模型，对工艺条件进行控制，以达到对层状钛酸盐制备的组成可控目的。采用原子吸收，X光衍射和离子选择性电极等实验装置、制备和表征这些化合物，验证模型的可靠性。本论文也为离子交换法，避免高温烧结的软化学制

2、备方法奠定了理论基础。归ejmek和Ward提出的统计速率理论，适用于主体浓度恒定的旋转圆盘体系0本论文通过对模型进行修正，建立了钛酸盐溶解动力模型，使之适用于颗粒溶解过程。由该模型得出了平衡反应速率和扩散层的液膜的厚度。采用活度代替浓度对过程进行回归计算。分析发现扩散速率常数随着温度和搅拌速率的增加而增大：平衡交换速率由主体浓度决定；温度和搅拌速率影晌膜的厚度。当搅拌速率增加到一定程度时，温度的影响大于搅拌速率的影响。该模型也可用于晶体的生长。本论文考虑了溶液的pH值对平衡反应速度的影响，将修正的溶解模型应用到四钛酸钾K2Ti04的离子

3、交换过程中。分析表明在酸性溶液中，对交换速率的影响，溶液的pH值要大于钾离子浓度的影响，水量的多少并不是主要的影响因素。在碱性溶液中，离子交换速率随着钾离子的增加而缓慢减少。该模型对溶液pH从3．0到9．8，钾离子的浓度由O．0mol／l到Imol／l的实验数据进行全范围拟合，拟合值和实验值偏差较小。说明了该动力学模型的可靠性。该模型为过程的工业放大提供了理论基础。弋本论文采用Sasakl等人对层状水合二氧化钛的锂离子的滴定曲线数据图和中间产物的组成分析，回归平衡常数，建立钛酸锂Li2Tb09的离子交换热力学模型。根据该模型，溶液的锂离子

4、的浓度和pH值对水合产物的组成有重要的影响。摘要II在温度一定的条件下，各种因素对固相组成的影响主要可以归结为溶液锂离子的浓度和pH值这两种因素。原子吸收的实验表明回归的平衡常数的准确性。利用陔模型不仅可以确定特定水合目标产物的合成条件，而且可以确定在特定水合条件下，产物的组成，从而达到了对材料的组成可控的目标。、关键词：钛酸钟，钛酸锂，动力学，热力学，檬竣南京工业大学硕士学七论文ABSTRACTThelow·-cOStandlarge-·scalepreparationprocessesaretheobjectofchemicaleng

5、ineering．Recentlythemethodsofsoftchemistrysyntheseswithlowtemperature，suchasionexchange，havedevelopedquickly．HowtOcontroltheconditionsofprocesswithoutmanyexperimentsisagreatchallenge．Layeredhydroustitaniumdioxideexhibitsreproducibleionexchangeandintercalatingability．Inthi

6、sthesis，itestablishedtheion-exchangekineticandthermodynamicmodelstopredictandcontroltheconditionsofprocessforthepurposeofcontrollingthechemicalcompositionoflayeredfitanatederivatives．ThetechniquesofAAS．XlmandISEwereusedtOpreparedandcharacterizedthesecompoundsandtestedther

7、eliabilityoftheestablishedmodels．Italsolaiddowntheoreticalbasisonthemethodofion-exchangesoftchemistrysyntheseswithoutadoptingthehightemperaturesinteringmethod．AkineticsmodelforpotassiumsaltsdissolutionwasestablishedbymodifyingthestatisticratetheoryproposedbyDejmekandWard,

8、suitableforconstantbulkconcentrationandrotatingdisksystem，inordertoanalysisthegeneralgraindissol