鈦酸鉀水合機理研究及高溫離子交換熱力學計算.pdf

1、環(huán)境保護和資源綜合利用是當今國際社會普遍關注的熱點之一。介孔TiO2由于兼?zhèn)涓弑缺砻娣e和高活性的優(yōu)點，在儲氫、燃料電池、光催化降解有機物，加氫脫硫，以及固體酸催化等方面受到人們的特別關注。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、電子管等領域有重要應用，在我國鹽湖鹵水、光鹵石、地熱水資源中，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。
　　 作為一類新型先進功能材料，鈦酸鉀既是TiO2材料的廉價、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致的工作，并已建立了完整的熱力學模型，完全達到了各種鈦酸鉀及其衍生物的可控、快速制備。但對于其在高溫熔體條件下的離子交換反應的熱力學及可行性計算尚未開展。
　　 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，且成孔時間為7-10天，進而導致生產(chǎn)周期長、質(zhì)量穩(wěn)定性差，嚴重制約了其規(guī)?；苽?。
　　 為分析水合過程中水對K2Ti2O5成孔的影響，強化水合成孔過程、縮短生產(chǎn)時間，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力學曲線。在此基礎之上，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水合過程的實驗和表征方案，水蒸汽增濕法可為進一步的實驗表征提供均勻、可靠、即時的樣品。為將來系統(tǒng)分析和表征K2Ti2O5水合成孔過程結構的轉(zhuǎn)變提供了一套研究方法。
　　 基于K2Ti6O13可與NaCl在高溫下進行

5、離子交換反應，本文首先通過建立可靠的熱力學物性數(shù)據(jù)估算方法對復合氧化物Na2Ti6O13、K2Ti6O13、Rb2Ti6O13和Cs2Ti6O13的Cp、△fH0m，298、△fG0m，298和△fS0m，298基礎物性數(shù)據(jù)進行了估算，建立了K2Ti6O13-NaCl、RbCl、CsCl高溫離子交換反應的熱力學模型，并分別計算了各反應體系在不同反應條件下的反應進度X0。研究結果表明，在相同的反應條件下，各反應體系高溫離子交換反應的難易程