Mg(BO2)2在MgSO4和MgCl2-MgSO4水溶液中分解的相平衡与物种化学平衡

硫酸镁亚型盐湖老卤是MgCl₂、MgSO₄的饱和溶液体系,富集了Mg、B、Li等元素。本文针对含硼水盐体系热力学难以表达的问题,开展了硼在水盐体系存在形态及其平衡关系的研究。利用易于水解的Mg(BO₂)₂作为硼源,借助拉曼光谱和X射线衍射(XRD)为检测手段,定量研究Mg(BO₂)₂在MgSO₄-H₂O、MgSO₄-MgCl₂-H₂O体系中水解硼物种转化规律。结果表明:(1)Mg(BO₂)₂在MgSO₄溶液中的水解固相为MgB₂O(OH)6、MgB₄O₇·9H₂O和Mg(OH)₂;在MgSO₄-MgCl₂-H₂O溶液中水解固相为Mg₂B₆O₁₁·15H₂O、MgB₄O₇·9H₂O、Mg₂Cl(OH)₃·4H₂O。(2)Mg(BO₂)₂在MgSO₄溶液中水解,液相硼物种主要有B₃O₃(OH)-₄、B₃O₃(OH)₅2-、B(OH)-₄、B₄O₅(OH)₄2-、H₃BO₃,其分布受MgSO₄浓度影响很大,MgSO₄浓度从0增加至饱和,B₃O₃(OH)-₄始终占总硼量的50.07%以上,B₃O₃(OH)₅2-占液相总硼从4.77%上升至37.16%为第2化学物种。(3)在MgSO₄-MgCl₂-H₂O溶液中,硼物种的主要形态有B₃O₃(OH)-₄、B₃O₃(OH)₅2-、B(OH)-₄,其分布 随[Cl₂2-]/([Cl₂2-]+[SO₄2-])变化很大,在MgCl₂和MgSO₄的共饱溶液中,分别占液相总硼量的58.91%,14.62%和12.81%。(4)液相硼物种之间平衡关系的活度商lnQ,不仅与溶液pH、水活度有关,还与MgSO₄、MgCl₂摩尔浓度呈二元线性关系,这样就可将硼在H₃BO₃-NaOH体系物种分布关系的lnQ扩展到 (MgSO₄,MgCl₂,MgSO₄-MgCl₂)水溶液的多元体系。由此获得硼物种的量化关系,可为推算硼在水盐体系的物种分布,进而计算含硼电解质溶液热力学性质提供依据。     

巴丹吉林最高沙山区CO2浓度与昼夜变化规律

为查明沙漠区CO₂浓度和对大气CO₂的影响以及在全球碳循环中的作用,利用红外CO₂监测仪,在2009年5月对全球最高大的巴丹吉林诺尔图东大沙山等进行了17个钻孔CO₂浓度的昼夜观测。结果表明,巴丹吉林大沙山不同观测点CO₂浓度差异较大,各观测点CO₂浓度变化在0.01%~0.075％之间;夜间沙层CO₂浓度低,白天CO₂浓度高;CO₂浓度昼夜变化明显,从早7时到次日7时1~5m各深度CO₂浓度均呈现由低到高再到低的变化规律;在24h内,沙层CO₂浓度变化存在4个转折点,分别出现在凌晨5时、11时、18时和21时左右。在沙层水分一定的条件下,昼夜温度变化是造成沙层CO₂浓度昼夜规律变化的主要原因,两者呈正相关关系;含水量较高的沙层CO₂浓度明显高于含水量较低的沙层;5m深度以上沙层CO₂浓度均高于地表空气CO₂浓度,表明极端干旱的高大沙山区是CO₂的来源区,也指示环境恶劣的裸露高大沙山区微生物活动产生的沙层CO₂浓度仍然超过了大气CO₂浓度。     

球形MnO2·0.5H2O提锂性能及其机理研究

考察了形貌对尖晶石型锂离子筛吸附剂MnO₂·0.5H₂O吸附性能的影响。实验证明,反应物Mn₂O₃的形貌在很大程度上决定了前驱体及其吸附剂的形貌。采用XRD、SEM、TEM、FT-IR、XPS和N₂吸附—解吸等温线等对样品进行了表征。表征和吸附实验结果表明,与立方形锂离子筛相比,球形锂离子筛具有较高的吸附容量(42.46 mg/g),同时对溶液中的Li⁺具有较高的选择性。表面脱质子和离子交换过程的共同作用增强了离子筛型吸附剂的提锂Li⁺性能。此外,本文对Li1.6Mn1.6O₄与MnO₂·0.5H₂O的吸附—解吸机理进行了解释。     

我国农村生活能源中SO2、 NOX及TSP的排放量估算

根据2004年我国不同省、市、自治区农村生活用能源的消耗量和不同燃料的污染物排放因子,估算了我国农村生活能源利用过程中的SO₂、NO_X、TSP排放量,并给出了分省区的排放清单和各省区不同燃料对三种污染物的贡献率,探讨了各地农村污染物排放量的影响因素。结果表明:全国农村生活能源所排放的SO₂达530万吨,NO_X 72万吨,TSP 390万吨。污染物排放以SO₂和TSP为主,且各省、市、区污染物的排放量差别明显;各地不同能源类型对各污染物的贡献率差别较大,SO₂主要来自燃煤,NO_X主要来自秸秆和薪柴的燃烧,TSP主要来自秸秆的燃烧;农村生活能源结构影响其污染物排放。     

Li+,Na+,K+/Cl-,SO2-4-H2O五元体系25 ℃相图及其应用

Li⁺,Na⁺,K⁺/Cl-,SO2-₄-H₂O五元体系相图对于硫酸钠亚型富锂卤水分离提取锂盐、锂辉石加工利用和锂盐产品的开发利用工艺制定都有指导作用。20世纪50年代曾有人研究过这一体系25 ℃时的相图,限于当时的科研水平,液相组成确定不准确,对平衡固相的判断,后来诸多研究结果证明也有错误。50多年来再没有人研究这一五元体系相图。利用我们提出的Li⁺,Na⁺,K⁺/Cl^-,SO^2-₄-H₂O六元体系热力学模型,对该五元体系的平衡溶液组成和正确的平衡固相进行理论预测,给出了该体系的完整相图。结合硫酸锂混盐分离、加工实例阐述了该五元体系相图的应用。     

NH4Cl水溶液的微观结构和宏观物性研究

通过拉曼光谱、同步辐射X射线散射和密度泛函理论(DFT)模拟,研究了质量分数为1.0 %-28.0 %的NH₄Cl水溶液的微观结构变化。同时在室温下测量了粘度、接触角和电导率。由拉曼光谱和密度泛函理论模拟结果可知,当溶质浓度升高至10.0 %时,在2900 cm_-1^和3100 cm_-1^{附近出现了明显的}N-H作用峰,且随着质量分数的升高,NH₄Cl水溶液中的氢键类型发生了转变。X射线散射结果表明,当NH₄Cl水溶液质量分数升高至10.0 %时,差值对分布函数G(r)在2.98 ?附近出现明显双峰,表明在该浓度下溶液中NH₄₊^-Cl_-^{接触离子对开始成为主要微观作用形式。对}NH₄Cl水溶液的宏观物性研究表明,粘度、接触角和电导率均随着NH₄Cl水溶液质量分数的增加而增大。作者推断,NH₄Cl水溶液中氢键类型的转变、O-H...N键占比增多以及逐渐增加的NH₄₊^-Cl_-^{接触离子对},是粘度和接触角随溶质浓度增加而增加的微观本质因素;电导率的增加与溶液中有效导电离子数量增加有关。     

KNO3溶液结构:密度泛函理论和分子动力学研究

基于密度泛函理论,采用ωB97XD方法和6-311++G(d,p)基组,系统研究了[K(H₂O)_n]⁺,[NO₃(H₂O)_n]-和KNO₃(H₂O)_n水合团簇的结构和性质;并结合经典分子动力学、OPLS-AA全原子力场以及SPC/E水模型模拟了不同水盐比(WSR) KNO₃溶液,目的在于深入理解KNO₃溶液中K⁺和 NO-₃的微观水合结构,以及K⁺-NO-₃离子间缔合作用特征。研究发现,对于KNO₃(H₂O)_n (n=6,8,10和12)水合团簇,K⁺第一水合层稳定结构为四、五和六水合结构,其中五水合结构最稳定。K⁺和NO-₃主要以溶剂共享离子对形式存在。随着团簇尺寸减小,直接接触离子对(CIP)物种出现。同时,分子动力学模拟证实KNO₃溶液中形成了直接接触K⁺-NO-₃离子对,且随着溶液浓度增加,CIP物种形成需越过更大能垒。以上结果表明在KNO₃稀溶液中主要存在物种为水合K⁺和NO-₃,随浓度增大,单齿直接接触离子对(MCIP)逐渐出现。在高浓溶液或过饱和溶液中,K⁺-NO-₃离子缔合主要以单齿CIP和少量双齿CIP结构存在。     

Li+的水合结构和近似饱和水合层:基于密度泛函理论的研究

结合密度泛函理论,运用B3LYP/aug-cc-pVDZ方法对[Li(H₂O)_n]⁺(n=1~10)水合团簇的结构进行了研究。研究结果表明,在气相和液相中,四配位结构的[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇比其五配位的异构体稳定,即在水溶液中Li⁺易形成四配位的四面体结构。随着同时水分子数的增加,Li-O键长增大,Li⁺上的电荷密度减小。但是当水分子数大于4时,Li-O键长和Li⁺上的电荷密度变化很小。[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇中每个水分子的结合能计算结果表明,7个水分子已足以形成Li⁺的近似饱和水合层。另外红外光谱显示[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇中O-H伸缩振动随着水分子数的增加发生蓝移,而~3 600 cm-1和~3 500 cm-1处的吸收峰是第二水合层与第一水合层、第三水合层和第二水合层的水分子形成氢键引起的。     

NH4Cl水溶液的结构和物性研究

通过密度泛函理论(DFT)计算、拉曼光谱和同步辐射X射线散射法,研究了质量分数为1.0 %～28.0 %的NH₄Cl水溶液的微观结构。在室温下测量了粘度、接触角和电导率。由DFT计算和拉曼光谱结果可知,当溶质浓度升高至10.0 %时,在2 900 cm-1和3 100 cm-1附近出现了明显的N-H作用峰,且随着质量分数的升高,NH₄Cl水溶液中的DDAA型氢键转变为DA和DAA型氢键。X射线散射结果表明,当NH₄Cl水溶液质量分数升高至10.0 %时,差值对分布函数G(r)在0.298 nm附近出现明显双峰,表明在该浓度下溶液中NH₄⁺-Cl-接触离子对开始成为主要微观作用形式。NH₄Cl水溶液的粘度、接触角和电导率均随着NH₄Cl水溶液质量分数的增加而增大。NH₄Cl水溶液中氢键类型的转变、O-H...N键占比增多以及逐渐增加的NH₄⁺-Cl-接触离子是粘度和接触角变化的微观本质因素;电导率的增加与溶液中有效导电离子数量增加有关。     

四元体系Li2SO4+Na2SO4+K2SO4+H2O298.2 K相平衡研究

为了获取锂钠钾共存硫酸盐体系298.2 K下各盐结晶形式,采用等温溶解平衡法研究了298.2 K下四元体系Li₂SO₄₊Na₂SO₄₊K₂SO₄₊H₂O的相平衡关系,测定了该体系的溶解度和密度,采用X-ray粉晶衍射法测定了平衡固相组成,并绘制了相应的稳定相图和多温对比图。研究表明,298.2 K下该四元体系为复杂四元体系,有复盐2Li₂SO₄·Na₂SO₄·K₂SO₄、Li₂SO₄·3Na₂SO₄·12H₂O、LiKSO₄、Na₂SO₄·3K₂SO₄生成。其稳定相图由6个四元共饱点、12条单变量曲线以及7个结晶区组成。其中,复盐Na₂SO₄·3K₂SO₄结晶区最大,表明其在该体系中最易结晶析出;Li₂SO₄·H₂O结晶区最小。对比273.2 K、288.2 K、298.2 K、323.2 K、373.2 K四元体系多温相图可知,273.2 K时未发现复盐Na₂SO₄·3K₂SO₄和2Li₂SO₄·Na₂SO₄·K₂SO₄结晶形式;Na₂SO₄·10H₂O和Li₂SO₄·3Na₂SO₄·12H₂O结晶形式在323.2 K和373.2 K时转变为Na₂SO₄和Li₂SO₄·Na₂SO₄。288.2~373.2 K时随温度升高,K₂SO₄和Na₂SO₄·10H₂O结晶相区减小,Li₂SO₄·H₂O、Na₂SO₄、LiKSO₄和Li₂SO₄·Na₂SO₄结晶相区增大;Na₂SO₄·3K₂SO₄结晶相区先增大后减小,在298.2 K时结晶相区最大;2Li₂SO₄·Na₂SO₄·K₂SO₄结晶相区先减小后增大,298.2 K时结晶相区最小。