无机盐在超/亚临界水中的溶解度和结晶介稳态研究

论文摘要

高温高压状态下,无机组分在水中的溶解性发生了显著变化。超临界水氧化技术（SCWO）作为一种高效、迅速、彻底的有机污染物处理技术,在实际的废水处理过程中遇到了盐沉积和腐蚀问题,严重阻碍其工业化应用。作为SCWO反应器设计的基础,硫酸盐和氯盐在超/亚临界水中的溶解度研究已引起国内外广泛关注,但由于实验条件苛刻,溶解度数据缺乏。本文采用一种可适用于超/亚临界体系的毛细管-偏光微观测定技术,通过捕捉析晶点和溶晶点,分别对硫酸钙和硫酸镁在亚临界水中的溶解度及介稳区域进行了静态法测定。实验结果表明,温度升降速率（r）、pH及投加物对盐水体系的介稳态和晶形生长均存在影响。在无投加物、不改变溶液pH、r =1℃/min的条件下,测得79.5157.8℃的硫酸钙溶解度为0.1800.051g/100g（水）,117.9202.2℃的硫酸镁溶解度为32.8541.372g/100g（水）,在实验考察范围内硫酸盐溶解度和超溶解度与温度成负相关。选用MSRK方程结合拉乌尔定律计算毛细管中的盐水体系压力,并在高压釜中进行验证,与计算结果基本一致。采用经典水合机理溶解模型对硫酸盐在亚临界水中的溶解度与超溶解度实验数据进行了关联,绘制二元盐水体系S-T-P曲线,关联结果良好。实验分别对氯化钠和氯化钾水溶液在室温至400℃过程中的相态变化进行了定性观测。在实验考察范围内,体系的临界点因盐的溶入发生推迟,氯盐在超/亚临界水中的溶解度随温度升高有增大趋势,浓度为1.0g/100g（水）的氯化钠水溶液直至体系发生临界均一相变仍无晶体析出。这与普遍认可的无机盐在超临界区水中溶解度骤降的观点不一致,实验结果提醒我们有必要来重新认识这个问题。本文丰富了无机盐的溶解度数据,开创了一种直观、安全、低耗、可逆向验证的测定方法,为该研究领域提供了一条新的思路,也为下一阶段的深入研究奠定基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 前言
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 课题研究内容
• 1.3 课题创新点与难点
• 第二章 文献综述
• 2.1 无机盐溶解理论与研究进展
• 2.1.1 无机盐溶解理论
• 2.1.2 无机盐在超/亚临界水中溶解度研究进展
• 2.1.3 小结
• 2.2 盐水结晶理论与研究进展
• 2.2.1 无机盐结晶过程及应用
• 2.2.2 介稳区性质研究
• 2.3 晶体光学理论
• 2.3.1 双折射效应
• 2.3.2 均质体与非均质体
• 2.3.3 偏光显微镜原理
• 第三章 实验材料与方法
• 3.1 实验装置
• 3.1.1 观测装置的建立
• 3.1.2 可行性验证
• 3.1.3 装置的创新性
• 3.2 实验材料
• 3.3 实验条件确定及影响因素控制
• 3.3.1 实验条件的确定
• 3.3.2 实验影响因素
• 3.4 实验步骤
• 3.4.1 预处理
• 3.4.2 样品制作
• 3.4.3 观测
• 3.5 实验分析方法
• 3.5.1 溶解度的表示及测定
• 3.5.2 盐浓度的测定
• 3.5.3 体系压力计算
• 3.5.4 溶解度关联模型
• 第四章 亚临界水中硫酸钙溶解度与介稳区影响研究
• 4.1 晶体性征与观测结果
• 4.2 介稳态影响因素分析
• 4.2.1 温速的影响
• 4.2.2 溶液pH 的影响
• 4.2.3 投加物的影响
• 4.3 溶解度与超溶解度的测定与拟合
• 4.3.1 溶解度与超溶解度测定结果
• 4.3.2 体系压力的计算与验证
• 4.3.3 溶解度曲线模型关联
• 第五章 亚临界水中硫酸镁溶解度与介稳区影响研究
• 5.1 晶体性征与观测结果
• 5.2 介稳态影响因素分析
• 5.2.1 温速的影响
• 5.2.2 溶液pH 的影响
• 5.2.3 投加物的影响
• 5.3 溶解度与超溶解度的测定与拟合
• 5.3.1 溶解度与超溶解度测定结果
• 5.3.2 体系压力的计算与验证
• 5.3.3 溶解度曲线模型关联
• 第六章 氯盐在超/亚临界水中溶解性研究
• 6.1 物性特征
• 6.2 超/亚临界水中溶解性研究结果分析
• 2O 体系'>6.2.1 不饱和NaCl-H₂O 体系
• 2O 体系'>6.2.2 饱和含结晶NaCl-H₂O 体系
• 2O 体系'>6.2.3 饱和含结晶KCl-H₂O 体系
• 6.3 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表学术论文