腺嘌呤—过氧化氢—水三元体系的相平衡及腺嘌呤—过氧化氢加合物的热分解动力学研究

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过氧化氢具有良好的杀菌、防腐、增氧、漂白和除臭的作用,用途广泛,是一种重要的化工原料。但是过氧化氢易分解、易爆炸且具有一定的致癌性。同时,腺嘌呤是一种营养物质,参与人体内代谢,但其低溶解度大大限制了它的应用。因此若要充分发挥过氧化氢和腺嘌呤的优势,过氧化氢与腺嘌呤形成加合物,以加合物的形式进行工业生产以及日常应用是很好的选择。从世界范围来看,过氧化氢加合物的关注度越来越高。在商业和工业生产中,过氧化氢加合物已经有了重要应用,如清洁剂、消毒剂、杀菌剂。在恶劣的环境下也能产生作用,比如伤口、受污染的土壤或容器。且在人体失血性休克导致重要器官的供氧量减少时,过氧化氢加合物既能控制出血,也能使供氧量提升到临界值以上。腺嘌呤-过氧化氢加合物的合成基础是三元体系相平衡的溶解度数据。因此本论文选用腺嘌呤为原料,在控制温度为283.15 K和293.15 K时,测定了三元体系腺嘌呤-过氧化氢-水的相平衡的溶解度数据,并绘制了三元体系相图,为其在工业中的应用提供基础数据和理论依据。本文用NRTL模型对溶解度数据进行了回归,得到了腺嘌呤和过氧化氢之间的相互作用参数和溶度积常数,结果表明关联效果较好。在温度降低时,腺嘌呤和腺嘌呤-过氧化氢加合物的溶解度均减小;并且,共饱和点也降低,腺嘌呤-过氧化氢加合物的结晶区增大。此外,研究了在过氧化氢溶液中加入乙醇时固-液体系的溶解度数据,绘制出相应的相图。结果表明当体系中加入一定量的乙醇时会使体系中的腺嘌呤及腺嘌呤-过氧化氢加合物的溶解度增大。以腺嘌呤-过氧化氢-水三元体系相图为基础,对腺嘌呤-过氧化氢-水三元体系相图进行了理论计算,从三元体系相图中,总结得出反应温度和原料质量配比对腺嘌呤-过氧化氢加合物收率的影响。通过计算,得出在283.15 K和293.15 K下,腺嘌呤与过氧化氢的最佳质量配料比分别为0.79和0.71,从而得出该加合物的最大收率分别为82.32%和78.96%,为工业生产提供了重要参数及理论依据。利用红外光谱、X-射线衍射以及XSP生物显微镜对腺嘌呤-过氧化氢加合物,即对C5H5N5-H2O2进行了表征,得到了 C5H5N5-H2O2的红外光谱与X-射线衍射图谱以及该加合物的形貌结构,上述表征对了解该加合物的结构和性质具有重要意义。利用热分析仪,采用程序升温法研究了 C5H5N5-H2O2在氮气中的热分解动力学,绘制了该加合物在氮气中的分解曲线。此外,排除分解机理的影响,利用Flynn-Wall-Ozawa积分法、Friedman微分法、Kissinger法以及基于Harcount-Esson的无模式函数法求得了C5H5N5-H2O2分解的活化能。四种方法求取的平均活化能分别为98.47 kJ/mol、85.24 kJ/mol、96.36kJ/mol以及40.70kJ/mol。并通过主曲线法确定了 C5H5N5-H2O2的热分解机理为相边界反应模型R2机理。对C5H5N5-H2O2进行的热分解动力学研究,为工业生产中反应装置的设计以及最佳工艺条件的探寻,均具有深远意义。
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