立方体纳米Cu2O表面热力学函数的粒度及温度效应

液相还原法合成了4种粒度在40-120 nm的立方体纳米氧化亚铜（Cu₂O）。利用X射线衍射仪（XRD）、显微拉曼光谱仪和场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）对纳米Cu₂O的物相组成及形貌结构进行了表征。采用原位微热量技术实时获取纳米/块体Cu₂O与HNO₃反应过程的热动力学信息,结合热化学循环及动力学过渡态理论计算得到纳米Cu₂O的表面热力学函数。在薛永强等建立的无内孔球形纳米颗粒的热力学模型基础上,发展了立方体纳米颗粒的热力学模型。最后由理论结合实验结果分析了粒度和温度对表面热力学函数的影响规律及原因。结果表明,摩尔表面Gibbs自由能、摩尔表面焓和摩尔表面熵均随粒度减小而增大,且与粒度的倒数呈线性关系,这与立方体热力学模型规律一致;随着温度的升高,摩尔表面焓和摩尔表面熵均增大,摩尔表面Gibbs自由能则减小。本文不仅丰富和发展了纳米热力学基本理论,还为纳米材料表面热力学研究及应用提供了方法和思路。     

粒度对纳米氧化镁吸附苯的热力学性质影响

以纳米氧化镁与水溶液中的苯作为吸附体系,研究了纳米氧化镁的粒度对吸附热力学性质的影响。实验结果表明,纳米氧化镁的粒度对吸附标准平衡常数、标准摩尔吸附吉布斯自由能变、标准摩尔吸附焓变和标准摩尔吸附熵变均有较大影响;并且随着纳米氧化镁粒度的减小,吸附标准平衡常数增大,标准摩尔吸附吉布斯自由能变、标准摩尔吸附焓变和标准摩尔吸附熵变均降低。     

SH15树脂吸附胞二磷胆碱的热力学及动力学研究

静态条件下,研究了SH15树脂吸附水溶液中胞二磷胆碱(CDPC)的热力学和动力学特性.测定了不同温度下,热力学性质的变化.实验结果表明,SH15树脂对CDPC吸附平衡数据符合Langmmuir吸附等温方程,吸附过程为自发的物理吸附过程.考察了温度、溶液浓度、树脂粒径和搅拌速率对吸附过程的影响.运用动边界模型(MBM)描述了SH15树脂吸附CDPC的动力学过程,确定在实验条件范围内,SH15树脂吸附CDPC的吸附速度受颗粒扩散控制,并计算出吸附过程的表观活化能为9.73kJ/mol,反应级数为0.47,速率常数为0.0744,并推导出CDPC:在SH15树脂上的动力学总方程.     

HPD-100树脂吸附小檗碱的热力学及动力学研究

研究了小檗碱在HPD-100树脂上的吸附热力学和动力学行为。考察了小檗碱在HPD-100树脂上的吸附等温曲线和吸附动力学曲线,确定了吸附过程的热力学及动力学参数。结果表明,HPD-100树脂对小檗碱的等温吸附可采用Langmuir方程描述、吸附为自发进行的放热型物理吸附过程;Dunwald–Wagnen内扩散方程能较好地拟合吸附动力学数据,吸附过程以颗粒内扩散为主要控制步骤,该吸附过程的表观活化能为29.11kJ/mol。本文为HPD-100树脂分离富集小檗碱类生物碱的实际应用提供基础数据及指导。     

离子交换树脂吸附胞嘧啶核苷三磷酸的动力学和热力学研究

根据CTP在离子交换树脂上的吸附容量和分离因数的大小,确定Duolite A-30树脂适合CTP与CDP及CMP之间的分离.CTP在Duolite A-30树脂上的吸附动力学和热力学研究表明,在283.15～303.15K之间,CTP的质量浓度在7.5g/L以上时,Duolite A-30树脂对CTP的吸附主要受颗粒扩散的控制,其有效扩散系数为D=3.47×10-7cm2/s,溶液的质量浓度≤1.0g/L时,CTP与Duolitc A-30树脂之间的交换速率主要受液膜控制,其液膜扩散系数为Kf=4.112×10-4/s.热力学参数Eα=9.008kJ/mol,△H=5.17kJ/mol·K,△S283.15K=80.28J/mol·K.     

油页岩飞灰对重金属离子的吸附动力学及热力学

采用批式振荡吸附法研究了燃油页岩电厂循环流化床锅炉飞灰对重金属离子Pb²+、Cu²+、Zn²+、Cd²+的吸附动力学及吸附热力学特性,并提出了吸附机理。结果表明,油页岩飞灰对Pb²+、Cu²+、Zn²+、Cd²+的吸附平衡数据符合Langmuir和Freundlich吸附等温方程,但Freundlich方程能够更好地描述吸附等温线。在油页岩飞灰对重金属离子吸附的初始阶段,拉格朗日准一级动力学方程、准二级动力学方程、Elovich方程、粒子内扩散模型均能很好地反映吸附模式,而整个吸附过程则遵循二级反应动力学方程,其吸附过程是液膜扩散和粒子内扩散共同作用的结果。油页岩飞灰对Pb²+、Cu²+、Zn²+、Cd²+的吸附是吸热反应。     

纳米TiO_2粒径、孔径对酸性紫43吸附动力学与热力学行为的影响

探究锐钛型纳米TiO2粒径(5-10、25、40、60、100nm)及孔径(96,120,134,143,52)对染料废水(酸性紫43)吸附动力学与热力学行为的影响。假二级方程和准一级方程分别能准确描述TiO2粒径≤100nm吸附动力学过程。经Weber-Morris和Dumwald-Wagner扩散模型分析,吸附速率由膜扩散和内扩散共同控制并受粒径影响。吸附热力学符合Langmuir等温吸附方程,最大吸附量(Qmax)与孔径正相关,与粒径无关,60nm TiO2孔径最大,吸附效果最好,Qm可达104.17mg/g;参数40kJ/mol△H0,吉布斯自由能△G0,受温度影响不大,说明吸附过程是自发的吸热反应,以物理吸附为主。     

苦味酸在聚酰胺树脂上的吸附热力学及动力学

在静态下,考察了温度对聚酰胺树脂吸附水溶液中苦味酸的影响,探讨了吸附的热力学、动力学规律.结果表明:温度对吸附的影响较小,等温吸附规律可用Freundlich或Langmuir方程表示;吸附过程为熵驱动的吸热、熵增的自发过程;属物理吸附范畴;吸附动力学规律可用q=aeb/t吸附速率方程表示,属颗粒内扩散控制.     

邻-氨基酚修饰吸附树脂对2-氨基吡啶的静态吸附热力学及动力学特征

合成了两种邻-氨基酚修饰超高交联吸附树脂(MOAR-1、MOAR-2),并用该树脂对水溶液中2-氨基吡啶的静态吸附热力学和动力学特征进行研究。热力学研究结果表明,Freundlich吸附等温方程能够对静态吸附等温线进行很好地拟合。吸附焓变ΔH<0,其绝对值小于60kJ/mol,表明以物理吸附为主以及该吸附剂容易脱附的特征;ΔG<0,说明吸附是自发行为;ΔS<0,表明吸附质分子在树脂表面上的运动受到了限制。两种树脂对2-氨基吡啶的吸附量随着温度的升高而降低,适当降低温度有利于吸附。动力学研究的结果表明:吸附符合一级动力学方程,吸附速率随温度升高而增大。表观活化能Ea<4.0kJ/mol,说明吸附较容易进行。     

立方体纳米氧化亚铜反应动力学的理论及实验研究

为了探究纳米多相反应过程的动力学行为,本文通过液相还原法可控合成了粒度为55 nm的立方体氧化亚铜（Cu₂O）。基于纳米与块体Cu₂O的区别,采用原位微量热技术获取Cu₂O体系与HNO₃反应过程的热动力学精细信息,结合热动力学原理及动力学过渡态理论计算得到Cu₂O反应动力学参数,并建立立方体动力学模型讨论并佐证动力学实验结果。结果表明,纳米Cu₂O的反应速率常数大于块体,而表观活化能、指前因子、活化焓、活化熵和活化Gibbs自由能均小于块体;随着温度的升高,纳米Cu₂O的反应速率常数和活化Gibbs自由能均增大。动力学模型表明影响反应动力学参数的主要因素为：偏摩尔表面焓影响表观活化能,偏摩尔表面熵影响指前因子,偏摩尔表面Gibbs自由能影响反应速率常数。本文为纳米材料多相反应动力学参数的获取和分析应用提供了一种普适的理论模型和实验方法。     

介孔碳CMK-3对苯酚的吸附动力学和热力学研究

研究了介孔碳CMK-3对苯酚的吸附性能, 与传统商用活性碳(CAC)进行了比较, 结果表明, CMK-3比CAC的吸附量大、吸附速率快、达到平衡时间短, 是一种较好的吸附剂. 同时探讨了介孔碳CMK-3对苯酚的吸附热力学和动力学特征. CMK-3对苯酚的吸附行为可用Langmuir和Freundlich等温式进行描述, 相关性都较好, 但更符合Freundlich经验公式. 分别采用模拟一阶反应和二阶反应模型考察了吸附动力学, 并计算了这些动力学模型的速率常数. 模拟二级反应模型和实验数据之间有较好的相关性. 分别计算了热力学参数ΔG0, ΔS0和ΔH0, 结果表明, CMK-3对苯酚的吸附过程是吸热和自发的.     

Solvothermal Preparation of Mn3O4 Nanoparticles and Effect of Temperature on Particle Size

Hausmannite Mn₃O₄ nanoparticles were successfully prepared via a facile one-step solvothermal route with Mn(CH₃COO)₂·4H₂O as manganese source in the mixed solvent of acetone and water. Powder X-ray diffraction(XRD), Fourier transform infrared(FTIR) spectrometry and transmission electron microscopy(TEM) were used to characterize Mn₃O₄ nanoparticles. It was found that the particle size could be tailored by varying the synthesis temperature. On the whole, the particle size becomes larger with the rising of solvothermal reaction temperature. But there is no linear relation between them. According to the different temperatures(60-140℃), the average particle size is from about 9 nm to 15 nm. Magnetic properties of Mn₃O₄ samples prepared at 60, 100 and 140℃ were studied via a superconducting quantum interference device(SQUID), respectively.     

Time‐Resolved High and Low Temperature Phase Transitions of the Nanocrystalline Cubic Phase in the Y2O3‐ZrO2 and Fe2O3‐ZrO2 System

The nanocrystalline cubic Phase of zirconia was found to be thermally stabilized by the addition of 2.56 to 17.65 mol % Y₂O₃ (5.0 to 30.0 mol % Y, 95.0 to 70.0 mol % Zr cation content). The cubic phase of yttria stabilized zirconia was prepared by thermal decomposition of the hydroxides at 400°C for 1 hr. 2.56 mol % Y₂O₃‐ZrO₂ was stable up to 800°C in an argon atmosphere. The samples with 4.17 to 17.65 mol % Y₂O₃ were stable to 1200°C and higher. All samples at temperatures between 1450°C to 1700°C were cubic except the sample with 2.56 mol % Y₂O₃ which was tetragonal. The crystallite sizes observed for the cubic phase ranged from 50 to 150 Å at temperatures below 900°C and varied from 600 to 800 nm between 1450°C and 1700°C. Control of furnace atmosphere is the main factor for obtaining the cubic phase of Y‐SZ at higher temperature. Nanocrystalline cubic Fe‐SZ (Iron Stabilized Zirconia) with crystallite sizes from 70 to 137 Å was also prepared at 400°C. It transformed isothermally at temperatures above 800°C to the tetragonal Fe‐SZ and ultimately to the monoclinic phase at 900°C. The addition of up to 30 mol % Fe(III) thermally stabilized the cubic phase above 800°C in argon. Higher mol % resulted in a separation of Fe₂O₃. The nanocrystalline cubic Fe‐SZ containing a minimum 20 mol % Fe (III) was found to have the greatest thermal stability. The particle size was a primary factor in determining cubic or tetragonal formation. The oxidation state of Fe in zirconia remained Fe³⁺. Fe‐SZ lattice parameters and rate of particle growth were observed to decrease with higher iron content. The thermal stability of Fe‐SZ is comparable with that of Ca‐SZ, Mg‐SZ and Mn‐SZ prepared by this method.     

聚苯乙烯胶乳颗粒的成膜过程及尺寸效应

聚合物乳液成膜过程可分为介质蒸发、颗粒形变和相邻颗粒间高分子的扩散融合三个阶段.一般认为,环境温度达到或高于高分子的玻璃化转变温度(T_g)时颗粒才可能发生形变.Goudy等研究了粒径为0.24～1.05μm的聚苯乙烯(PS)胶乳的成膜过程,发现PS颗粒在368K(T_g约373K)热处理很长时间也不发生形变,而在378K热处理后,粒径较小的颗粒融合速度快于较大颗粒.     

聚硫醚纤维素吸附阳离子染料的动力学与热力学

脱脂棉在碱存在下与环硫氯丙烷发生醚化反应,合成了一种环境功能材料--聚硫醚纤维素（PTCC）。 考察了溶液酸度对吸附容量的影响并研究了PTCC对3种阳离子染料的吸附动力学与热力学。 研究结果表明,中性介质较有利于吸附的进行;298 K、pH=7.0时,静态吸附2 h后,吸附趋于平衡,PTCC对碱性艳蓝B、碱性艳蓝R和夜蓝的饱和吸附量分别为726、652和320 mg/g;PTCC对阳离子染料的吸附过程符合Lagergren二级吸附动力学方程,吸附速率常数k2随着温度的降低而升高,低温有利于吸附反应的进行;吸附过程ΔG、ΔH和ΔS均为负值,表明该吸附是自发的放热过程,主要是通过范德华力实现的。 吸附过程的吸附等温模型符合Langmuir等温式,可以用单分子层吸附理论加以解释。     

(Zn1-xMnx)C2O4·2H2O在空气中的热分解动力学研究

用热分析（TG-DTG/DTA）、X射线衍射（XRD）技术和透射电镜（TEM）研究了固态物质Zn_1-xMn_xC₂O₄•2H₂O在空气中热分解的过程。热分析结果表明，Zn_1-xMn_xC₂O₄•2H₂O在空气中分两步分解，其失重率与理论计算失重率相吻合。 XRD和TEM结果表明，Zn_1-xMn_xC₂O₄•2H₂O分解的最终产物为Zn_1-xMn_xO,其颗粒大小约为10-13 nm。在非等温条件下对Zn_1-xMn_xC₂O₄•2H₂O的热分解动力学进行了分析。用Friedman法和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法求取了分解过程的活化能E，并用多元线性回归给出了可能的机理函数。Zn_1-xMn_xC₂O₄•2H₂O两步热分解的活化能分别为155.7513 kJ/mol 和215.9397 kJ/mol。     

Improved Hydrogen‐Storage Thermodynamics and Kinetics for an RbF‐Doped Mg(NH2)2–2 LiH System

The introduction of RbF into the Mg(NH₂)₂–2 LiH system significantly decreased its (de‐)hydrogenation temperatures and enhanced its hydrogen‐storage kinetics. The Mg(NH₂)₂–2 LiH–0.08 RbF composite exhibits the optimal hydrogen‐storage properties as it could reversibly store approximately 4.76 wt % hydrogen through a two‐stage reaction with the onset temperatures of 80 °C for dehydrogenation and 55 °C for hydrogenation. At 130 °C, approximately 70 % of hydrogen was rapidly released from the 0.08 RbF‐doped sample within 180 min, and the fully dehydrogenated sample could absorb approximately 4.8 wt % of hydrogen at 120 °C. Structural analyses revealed that RbF reacted readily with LiH to convert to RbH and LiF owing to the favorable thermodynamics during ball‐milling. The newly generated RbH participated in the following dehydrogenation reaction, consequently resulting in a decrease in the reaction enthalpy change and activation energy.     

介孔TiO2对溶菌酶吸附的动力学和热力学

773.15 K下焙烧二钛酸(H₂Ti₂0₅)制备了介孔结构TiO₂。采用比表面分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱和X射线衍射(XRD)仪进行表征研究了介孔TiO₂对溶菌酶的吸附行为和机理。结果表明,该吸附过程较好地满足Langmuir吸附模型;随着溶液pH值的增高,溶菌酶在介孔TiO₂上的吸附量先增大后减小。在pH = 7.2时,达到最大吸附容量72.5 mg·g^-1。该介孔TiO₂对溶菌酶具有良好的吸附稳定性,经过5次循环后吸附的溶菌酶残余量仍有81.6%。动力学研究表明,介孔TiO₂与溶菌酶间的吸附满足准二级动力学模型,吸附传质过程由膜扩散和粒内扩散共同影响与控制。对热力学参数的计算发现,该过程ΔG⁰ < 0, ΔH⁰ > 0, ΔS⁰ > 0,表明介孔TiO₂对溶菌酶的吸附是一个自发的、吸热的熵增过程。