【摘 要】
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金属与熔盐的相互作用普遍存在于熔盐的应用过程中,并给熔盐的应用带来许多负面影响:在熔盐堆和光热电站中,熔盐对金属的腐蚀严重影响了其安全稳定运行;在熔盐电解冶金中,金属在熔盐中的溶解是引起电流效率下降的重要因素。受限于高温熔盐原位表征手段匮乏和复杂熔盐体系理论模拟的困难,金属与熔盐相互作用机理研究并不全面和深入。因此本文发展和利用多种高温熔盐原位表征技术,包括自主研制的高温熔盐紫外可见吸收光谱仪,定
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
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金属与熔盐的相互作用普遍存在于熔盐的应用过程中,并给熔盐的应用带来许多负面影响:在熔盐堆和光热电站中,熔盐对金属的腐蚀严重影响了其安全稳定运行;在熔盐电解冶金中,金属在熔盐中的溶解是引起电流效率下降的重要因素。受限于高温熔盐原位表征手段匮乏和复杂熔盐体系理论模拟的困难,金属与熔盐相互作用机理研究并不全面和深入。因此本文发展和利用多种高温熔盐原位表征技术,包括自主研制的高温熔盐紫外可见吸收光谱仪,定制开发的高温核磁共振装置和上海光源高温X射线吸收谱技术对三种不同类型的金属与熔盐相互作用体系进行研究,并深入探讨了相关反应机理。主要研究内容和取得的成果如下:（1）完成了高温紫外可见吸收光谱仪的研制以及高温核磁共振装置的改进。搭建的高温紫外可见吸收光谱可对800℃以下熔盐中金属离子价态和浓度进行测定,且在测试过程中可保持惰性气氛。对定制的Bruker 400 MHz宽腔核磁进行了适用于熔盐的改进,可以对750℃下熔盐体系进行测定,以确定熔盐中离子配位结构和成键性质。（2）对金属Cr与Cr（Ⅲ）离子在熔融FLiNaK（LiF:NaF:KF=46.5:11.5:42mol%）和FLiBe（LiF:BeF2=66.6:33.3 mol%）盐中的反应机理进行研究。结果表明金属Cr在熔融FLiBe盐中与Cr（Ⅲ）离子发生反应生成Cr（II）离子;但在熔融FLiNaK中生成的Cr（II）离子会歧化分解重新生成Cr和Cr（Ⅲ）离子,Cr（Ⅲ）离子会持续与Cr反应。进一步实验证明这种反应机理的差别是两种熔融氟盐中自由F-浓度的差异造成的。（3）对金属Be与700℃熔融FLiBe、FLiNaK的相互作用进行研究。实验结果表明金属Be与熔融FLiNaK发生置换反应生成金属K,但不与熔融FLiBe反应。研究表明,金属K的高温挥发以及自由F-与Be的共价相互作用是导致Be在FLiNaK发生置换反应的主要原因。同时实验中检测到了F-离子与金属Be生成的BeF-中间化合物。（4）设计了Cu、Ag、Au在熔融LiCl-KCl（LiCl:KCl=60:40 mol%）中的溶解实验,对金属在熔盐中溶解后的结构及溶解机理进行研究。实验结果表明溶解速率Cu>Ag>Au（不溶解）,高温原位X射线吸收谱结果表明Cu在熔盐中的溶解会形成金属团簇,机理验证实验证明了Cu、Ag、Au溶解能力随电负性增大而降低。本文工作表明,高温熔盐原位谱学仪器是研究熔盐中金属与熔盐相互作用过程中微观结构、成键性质和反应机理的有力手段。本文的工作有助于对金属与熔盐作用机理的理解,为熔盐的工业和科研应用中对金属与熔盐相互作用这一过程的防控或利用提供理论基础。
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