四溴合锌酸烷铵类固—固相变储能材料和水杨酸金属配合物的热化学研究

发布时间：2020-11-13 15:50

　　 相变材料(PCMS)是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。由于此类材料在相变过程中温度近似恒定,可用于调整、控制周围环境的温度。在相变过程中,这种材料可以从环境吸收或向环境放出热量,从而达到热量存储和释放的目的,因此可以用来有效地提高能源的利用率,从而减少污染。相变材料按相变方式可分为固-固、固-气、固-液和液-气四大类。固固相变材料是通过材料的固固相变进行贮能与释能,相变过程中无液体或气体产生或吸收,与固液相变材料相比,具有较大的优点:(1)良好的可加工性,无需容器盛装;(2)较小的相变膨胀系数,在发生相变的过程中体积变化很小;(3)无过冷及相分离现象;(4)使用寿命长,性能稳定;(5)无毒、无腐蚀、无污染;(6)装置简单,无特定使用条件,使用方便。因此,固固相变材料在相变储能材料领域很有发展前途。四溴合锌酸烷铵盐就是一类很好的固-固相变储能材料(Solid-Solid PCMs)。水杨酸是重要的精细化工原料。在医药工业中,水杨酸本身就是一种用途极广的消毒防腐剂。作为医药中间体,它可用于合成抑氮磺胺、解热止痛药阿司匹林、邻羟基苯甲酸钠、乙酰水杨酰胺、B柔肤果酸等一系列化合物。水杨酸使用很广,湿疹、干癣、青春痘、去头皮屑都可能用到水杨酸。浓度在3-6%的水杨酸可以用来去角质,40%浓度以下则适于治疗鸡眼、厚茧、病毒疣。水杨酸也可以添加在治疗青春痘及去头皮屑的药物中。时下不少知名化妆品都添加了水杨酸成份。另外,在其他医药方面(例如诱导植物抗病性)的需求也比较强劲。而且随着其技术工艺的不断完善,生产成本下降空间较大,因此水杨酸发展的前景十分广阔。本论文利用先进的精密自动绝热量热仪测定四溴合锌酸烷铵在78~400 K温区的摩尔热容,得到四溴合锌酸烷铵详细的相变温度、相变焓和相变熵。其次利用模拟计算软件通过服务器和工作站等设备对已知的四溴合金属酸烷铵晶体进行分子动力学模拟,得到能量和密度的变化过程,并相应的提出可能的相变机理。再次利用恒温环境溶解-反应热量计测定物质的摩尔溶解热,得到水杨酸金属配合物的无限稀释焓以及其它重要的热力学数据,从而为物质的广泛应用提供可靠的理论依据。本论文完成的主要工作如下:(一)四溴合锌酸烷铵和水杨酸金属配合物晶体的合成合成了4种四溴合锌酸烷铵和10种水杨酸金属配合物晶体配合物,并利用单晶衍射技术,DSC/TG,化学和元素分析,X-射线粉末衍射等确定了这些化合物的组成和晶体结构。利用晶体学数据计算出四溴合锌酸烷铵和水杨酸金属配合物的晶格势能。(二)四溴合锌酸烷铵性质的研究1.利用精密自动绝热量热仪测定了四溴合锌酸烷铵在78-400 K温区的摩尔热容,实验表明此类配合物在此温区有两个大小不等的固-固相变峰。结合热重和熔点的测试结果确定这些相变过程都是固-固相转变,并且提出可能的相变机理。2.对四溴合锌酸烷铵相变区分析获得相变焓,相变熵的热力学数据,再用最小二乘法对四溴合锌酸烷铵的非相变区摩尔实验热容进行拟合,得到摩尔热容随温度变化的多项式方程。利用此多项式方程可计算出四溴合锌酸烷铵相对于298.15 K时的舒平热容值和熵,焓,吉布斯自由能等热力学函数值。3.利用Materials Studio通过服务器对4种四溴合锌酸烷铵在78-400 K温区进行分子动力学模拟,计算出在该温区内发生相变的温度,并得到密度和能量的变化曲线。结合热重、熔点和精密自动绝热量热仪的测试结果确定这些相变过程的相转变温度范围,并且提出可能的相变机理。(三)水杨酸金属配合物性质的研究水杨酸金属配合物溶解热的测定。依据Hess定律,选择合适的量热溶剂,设计合理的热化学循环,利用恒温环境溶解-反应热量计分别测量设计反应的反应物和产物在所选溶剂中的溶解焓,得到反应的反应焓。然后,通过所设计反应的反应焓和其它已知反应物和产物的标准摩尔生成焓得到水杨酸金属配合物的标准摩尔生成焓。通过测量反应物和产物在所选溶剂的溶液中的紫外-可见光谱和折光率,可以验证设计的热化学循环的合理性。在298.15 K,根据Pitzer理论还可以得到水杨酸金属配合物的无限稀释溶解焓、Pitzer焓参数、离子和溶剂之间的相互作用、偏摩尔焓、表观摩尔焓等重要热力学函数值。
【学位单位】：聊城大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：O641.4;TB34
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 四溴合锌酸烷铵固-固相变材料和水杨酸金属配合物的研究现状和发展趋势3 1.3 现代量热学概论
    1.3 现代量热学概论
    1.4 分子动力力学模拟简介
    1.5 该课题的研究方案与思路
第二章 四溴合锌酸烷铵和水杨酸金属配合物的合成和晶体结构表征
    2.1 实验试剂及仪器
    2.2 四溴合锌酸烷铵和水杨酸金属配合物的合成
    2.3 四溴合锌酸烷铵和水杨酸金属配合物的晶体结构
nH2n+1_NH3
₂Zn Br₄（s）配合物的晶格势能'>    2.4 (C_nH2n+1_NH3
₂Zn Br₄（s）配合物的晶格势能
    2.5 本章小结
第三章 四溴合锌酸烷铵的低温热容及相变焓
    3.1 四溴合锌酸烷铵的热容的测定及相变计算
    3.2 四溴合锌酸烷铵的低温热容及相变讨论
    3.3 本章小结
第四章 四溴合锌酸烷铵的分子动力学模拟
    4.1 相变温度及能量的模拟
    4.2 分子动力学模拟计算的结果分析
    4.3 本章小结
第五章 水杨酸金属配合物的溶液化学性质
    5.1 水杨酸金属配合物的标准摩尔生成焓确定的实验
    5.2 水杨酸金属配合物无限稀释摩尔溶解焓及相对偏摩尔焓
    5.3 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
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本文编号：2882351

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