应用分子动力学模拟和拉曼光谱对钙、镁、氯离子 水化现象的研究

应用分子动力学方法,模拟了298 K下,密度为1.0 g/cm~3的水溶液中Ca²⁺,Mg²⁺,Cl~-的水化现象,得到了相应离子周围水分子的微观分布情况.发现在钙离子周围,水分子以其氧离子去靠近中心离子;而在氯离子周围,水分子则以其中的一个氢原子去靠近中心离子.通过分析三种离子的径向分布函数、配位数曲线、水化数、水化半径,发现Ca²⁺的水化数和水化半径均大于Mg²⁺,即Ca²⁺的水合能力比Mg²⁺强.与以往研究结果相比,本文计算所得的自扩散系数更接近实验所得结果.为了使模型更好的代表真实水溶液体系,本文还应用分子动力学和拉曼光谱法研究了不同浓度的CaCl₂水溶液.分子动力学研究发现随着浓度的升高,CaCl₂溶液中Ca²⁺,Cl~-的配位数分别呈降低趋势.同时,随着浓度的升高,Ca²⁺,Cl~-的自扩散系数也呈现降低的趋势.作者推断这是由于浓度的升高,加剧了离子的微观反...     

氯化钠水溶液结构的研究

利用上海光源(SSRF)的第三代同步辐射光源测定室温下摩尔浓度分别为0.172 mol/L、0.343 mol/L、0.699 mol/L、1.064 mol/L、2.832 mol/L、3.910 mol/L、5.289 mol/L的NaCl水溶液的X射线散射数据。由X射线散射数据可知，随着NaCl水溶液浓度的增大，X射线散射曲线的特征峰由12.6°到13.4°发生偏移。运用Pair Distribution Function(PDF)理论对X射线散射数据进行处理，得到了不同浓度NaCl水溶液及纯水的差值对分布函数，其中的O-O峰随着浓度的增大逐渐分裂为两峰，O-O峰位在0.282 nm处。利用分子动力学模拟研究不同浓度的NaCl水溶液，表明Na+、Cl-的引入对水分子的氢键结构有一定的破坏，当浓度大于15%时，这种效果尤其明显。Na+、Cl-均存在两层水化层，各离子间配位数随浓度的增大而减少。H2O分子的自扩散系数远大于Na+和Cl-的自扩散系数，后两者的值随浓度的增大逐渐减少，Na+和Cl-的水化半径均随浓度增大而降低。     

θ-2θ型X射线衍射仪测定水溶液的结构

采用θ-2θ型粉末衍射仪并以NaCl溶液为研究对象,完成了该溶液不同浓度的结构测定,验证了方法在测定溶液尤其是低浓度溶液中的可行性。由衍射数据可知,随着浓度的提高,溶液的衍射曲线的特征峰由13.4°到14°发生偏移,且19°肩峰逐渐消失,表明随着浓度的增大,NaCl溶液的微观结构发生了较明显的变化。利用PDFgetX3软件对衍射数据进行了处理,得到了溶液的差值对分布函数,由差值对分布函数分析得到水分子间O-O间的峰位为0.276nm,该峰随浓度的增大,逐渐降低,当质量分数大于15%时出现了较明显的0.314nm处的Cl--O峰。     

硫酸钾铵混晶组成及特性研究

采用恒速冷却的方法首次制备出不同组分的[(NH4)1-xKx]2SO4(0＜x＜1)单晶,并分别对固溶体晶体进行了XRD、XRSD、FTIR、SEM和TG-DTA表征,获得了晶胞参数、晶相组成及热物性规律.结果表明,制备得到硫酸钾铵和硫酸铵钾两类固溶体,其中硫酸钾铵单晶为四棱柱外形,硫酸铵钾单晶为六棱球外形;同时得到,同类固溶体晶体结构相似,但都属于正交晶系;随着NH4+浓度降低,热重损失减少,热稳定性增强.     

钠型斜发沸石在K^＋-Na^＋-NH4^＋和K^＋-Na^＋-Ca^2＋水溶液体系中的离子交换平衡

研究了K -Na -NH4 和K -Na -Ca2 水溶液体系与钠型斜发沸石的离子交换平衡。分别测定出以上两个体系在25℃、50℃和75℃下的离子交换平衡数据,利用平面三角图绘制表达出三元离子交换平衡等温线,并计算出沸石对体系中离子的分离因数。结果表明,在K -Na -NH4 溶液体系中,K 的分离因数在3以上,NH4 的分离因数在1~3之间,Na 的分离因数小于1,斜发沸石的离子交换选择顺序是K >NH4 >Na ,且低温有利于K 的交换,高温时NH4 的交换能力增强;在K -Na -Ca2 溶液体系中,K 的分离因数大于8,Na 的分离因数在1左右,Ca2 分离因数小于1,沸石的离子交换选择顺序是K >Na >Ca2 ,其中Ca2 属于部分交换,Ca2 对沸石对K 的交换选择性影响不大,且低温有利于沸石对K 的交换。     

锂离子筛的制备及其交换性能研究

用浓度为0.5mol/L的盐酸对高温固相合成的前体LiMn2O4进行酸洗脱锂,制得锂离子筛HMn2O4,并在不同pH值和温度下进行了Li 交换性能的研究,同时运用XRD和TEM进行了相应表征。结果表明,锂离子筛吸附交换前后晶体结构只发生了细微变化,但都仍为尖晶石型结构;交换反应在前10min速率最快,约20min就趋于平衡;Li 交换总量随pH值增大而升高,其中pH=7时交换容量为18.5526mg/g;Li 交换量和交换选择性随温度的升高而显著增强。     

离子色谱法同时测定脱硫海水中的SO_4~(2-)和SO_3~(2-)

采用离子交换色谱法同时定量分析脱硫海水中SO_4~(2-)和SO_3~(2-)。0.01 mol/L EDTA和0.10×10~(-3) mol/L NaOH混合溶液用于除去海水样品中Ca~(2+)、Mg~(2+)干扰,加入0.5%的甲醛溶液防止SO_3~(2-)氧化为SO_4~(2-)。实验采用DINOEX AS-9HC阴离子交换柱作分离柱,以9.00×10~(-3) mol/L Na_2CO_3溶液为淋洗液,电导检测器检测。方法线性范围为5.00~100.00 mg/L,加标回收率为97.85%~103.99%,相对标准偏差(RSD)为0.20%~2.07%。SO_3~(2-)的检出限为0.03mg/L,SO_4~(2-)的检出限为0.04mg/L。结果表明,本方法可以有效消除海水中Ca~(2+)、Mg~(2+)对低浓度SO_3~(2-)、SO_4~(2-)测定的干扰,可同时实现海水脱硫体系中SO_3~(2-)、SO_4~(2-)的定量分析。     

钠型斜发沸石Na~+–K~+离子交换特性研究(II)—过程传质模型及动力学特性研究

利用浅床实验法研究查明了钠型斜发沸石Na~+–K~+离子交换过程以液膜扩散为主的控制机理,依据传质膜理论,推导出液膜控制下的离子交换传质速率模型,并测定了离子交换动力力学曲线和过程传质系数。研究结果表明:钠型斜发沸石Na~+–K~+离子交换速率与溶液流速、温度和溶液的K+浓度成正比,与溶液粘度和沸石粒径成反比,过程总传质系数的模型计算值与实验值拟和较好。     

钠型斜发沸石Na^＋—K^＋离子交换特性研究（Ⅰ）—离子交换过程热力学特性

测定出斜发沸石的阳离子交换容量为192．18mmol／100g沸石：通过10℃、25℃、50℃、75℃钠型斜发沸石Na^ —K^ 离子交换等温线、温度对选择性校正系数的影响及Kiclland图研究表明：钠型斜发沸石对钠钾混合体系中的钾具有很高的选择性，且随着温度的上升，沸石对钾的选择性下降，并回归出Langmuir模型：依据热力学平衡原理，导出了钠型斜发沸石Na^ —K^ 离子交换过程平衡常数表达式，并计算出该过程的焓、吉布斯自由能和熵变化，进一步验证该过程可自发进行，且为放热反应，低温有利于钾离子吸附。     

斜发沸石的合成研究

采用水热法，分别在物质量的比为2.1Na₂O∶10SiO₂∶Al₂O₃∶110.1H₂O和1.05K₂O∶1.05Na₂O:12SiO₂∶Al₂O₃∶250H₂O的条件下合成出较高纯度斜发沸石，研究了斜发沸石合成的各种影响因素。结果表明，在140、160和180 ℃条件下均能合成出斜发沸石，且提高温度可以缩短斜发沸石的晶化时间；反应混合物的硅铝物质量的比应控制在10～12之间；碱度的降低会导致晶化时间延长，过高的碱度则导致晶种溶解；反应混合物中K⁺的存在利于斜发沸石的晶化。合成斜发沸石对海水中K⁺饱和吸附量达 38.60 mg·g^-1以上，其吸附性能显著优于文献报导的天然斜发沸石。