硫酸钠-氯化钠-过氧化氢-水四元相平衡及其复合产物的热分解动力学研究

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硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物是一中性、无毒的洗涤助剂,是一种新型的精细化工产品。分子式为:4Na2SO4·2H2O2·NaCl,过氧化氢的质量分数为9.79%。由于4Na2SO4·2H2O2·NaCl在水溶液中呈中性,同时硫酸钠是洗涤剂的主要成份之一,故作为新型的氧系漂白洗涤助剂,显示出巨大的优越性,应用领域比过碳酸钠和过硼酸钠广。我国有丰富的硫酸钠资源,开发硫酸钠生产过氧化氢加合物的新技术,为硫酸钠资源的高效益利用、生产高附加值的精细化工产品开辟了一种新途径,拓宽了过氧化氢加合物的应用领域;4Na2SO4·2H2O2·NaCl使用后无三废排出,适应了环保要求。在环保意识日益增强的今天,该产品的工业化生产及推广应用具有显著的经济效益和社会效益。 文献中对4Na2SO4·2H2O2·NaCl的合成及应用进行了研究,而4Na2SO4·2H2O2·NaCl制备的理论基础是Na2SO4-H2O2-NaCl-H2O四元体系相图,文献对其子体系Na2SO4-NaCl-H2O和Na2SO4-H2O2-H2O进行了研究,但该四元体系的相平衡数据尚未见文献报道。本文测定了三元体系Na2SO4-NaCl-H2O、Na2SO4-H2O2-H2O和NaCl-H2O2-H2O在283、288和293 K下的溶解度数据及其饱和溶液的密度和折光率,绘制了相应体系的相图。在此基础上对Na2SO4-H2O2-NaCl-H2O四元体系进行了研究,测定并绘制了283 K和288 K下Na2SO4-H2O2-NaCl-H2O四元体系相图,得到了平衡液相的密度和折光率。在一定温度下,Na2SO4-H2O2-NaCl-H2O体系中有四种固相析出,当过氧化氢的浓度小于50wt%时,相图存在两个三物质共饱点、五条两物质饱和线和四个单物质结晶区,四个单物质结晶区分别对应于4Na2SO4·2H2O2·NaCl、Na2SO4·0.5H2O2·H2O、NaCl和Na2SO4·10H2O。该四元体系及其三元子体系的相平衡研究,为Na2SO4制备4Na2SO4·2H2O2·NaCl合成工艺条件的确定和产物的分离提供了相平衡理论依据,为硫酸钠资源的综合利用提供了新的思路,具有重要的实用价值和学术意义。 Na2SO4-H2O2-NaCl-H2O四元体系为典型的电解质-非电解体系,特别是体系中含有不太稳定的H2O2。有关含H2O2的电解质-非电解体系的计算和关联未见文献报道。本文以Beutier和Renon提出的非电解质体系中活度系数与浓度的经验关系式利用H2O2水溶液的饱和蒸汽压,回归得到了上式中的两参数值。在此基础上,应用Pitzer模型对Na2SO4-H2O2-NaCl-H2O四元体系及其所包含的三元子体系Na2SO4-NaCl-H2O、N助50;一HZO:一HZO和NaCI一HZO:一HZO 288K下的溶解度数据进行了回归,求得了不同粒子之间相互作用的Pitzer参数,同时得到了4Na2SO4’2H2O2’NaCl和N句504·0.5H2o2·HZo Zs8K下的溶度积,分别为0.0565和5.452、10一3,相平衡的计算结果与实验数据基本吻合。利用经验公式对上述体系平衡液相的密度和折光率进行了关联,得到了相应的经验参数。该四元体系Pitze:参数的回归及相平衡的计算,为4NaZSO4·ZH202.NaCI的合成工艺条件研究及工程设计提供了基础数据。 利用红外光谱、X一射线衍射对NaZSO;一HZO:一NaCI一H20四元体系中的复合产物4N处504·2H2O2·NaCI和NaZSO4·0.5H2O2·HZO进行了表征,得到了4N处504·2H2O2·NaCI和NaZSO4·0.5H2O2·H20的红外光谱与X一衍射图谱,并对图谱作了简要分析。所制备的4Na2SO4’2H2O2’NaCl的红外吸收峰及x一衍射图谱与文献数据基本一致。NaZSO4·0.5H2024H20的谱图未见文献报道,其制备是根据相应温度下的Na:50,一H刃2一H刀三元体系相图,并经化学分析和热重分析,HZOZ的含量接近于理论值,所得图谱较接近于纯的N处504,0.5H2O2·H20产品。 利用热分析仪采用程序升温法研究T 4N处504·2H202·NaCI和N匆504·0.5H2O2,HZO在氮气和空气中的热分解动力学。在这两种气氛中,4NaZSO4·2H2O2·NaCI的热分解经历两个阶段,第一阶段分解7.76一8.90%;第二阶段分解O,34一1.02%,为吸附(物理吸附)在4N处504·2H2O2·NaCI分解产物的HZOZ分子的脱附,其分解产物为Na,50,(111)和NaCI。NaZSO4·0. 5H202·HZO的热分解仅经历一个过程,即反应一步完成,其热分解是一简单反应,其分解的质量分数接近于H刀2和H必的质量分数之和,分解产物为N山50。(V)。在不涉及分解机理的情况下,利用ozawa一Flynn一Wan法、Friedman法、Kissinger法和基于Hareount一Esson的无模式函数法从不同的角度求得了4N处504·2H2O2·NaCI和NaZSO4·0.5H2O2·HZO分解的活化能,并以多元非线性回归对其分解的活化能进行了优化。氮气中,4N助504·2H2O2·NaCI和NaZSO4·0.5H2O2·HZO分解的活化能分别为1 74.84KJ·mol一,和70.53心·mol一’,空气中的活化能分别为152.56幻·mol一’和79.27 KJ·mol一’。气体氛围和气体流速对其分解机理影响不大,多元非线性回归及主曲线法的结果表明,4Na2SO4.2H2O2’NaCl的分解可用n级自催化机理描述,NaZS04·0.5H2O2·HZO的分解为三维相界面控制R3机理。4N助504·2H2O2·NaCI和NaZSO4·0.5H2O2·HZO在氮气氛围中的分解温度分别为463.38K和341.28K(文献?
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