NaNO 3 -KNO 3 -NaNO 2 三元硝酸熔盐结构研究
发布时间：2021-10-23 06:21
硝酸熔盐作为太阳能热发电系统的主要传蓄热介质,具有诸多优点,如:低熔点,低蒸气压,低腐蚀性,低成本,热稳定性高,使用温度范围广等。但硝酸熔盐凝固点偏低,在管道中传输时容易结块,发生“冻管”问题,这在一定程度上限制了太阳能热发电的发展。物质的微观结构决定了它的宏观性质,因此对于硝酸熔盐的结构研究有助于解决其在应用中遇到的问题,提高硝酸熔盐的工作效率,并完善熔盐结构理论。选取NaNO3,NaNO2,KNO3的一元、二元、三元熔盐为研究对象,首先利用XRD,TG-DSC对硝酸熔盐体系的热物性进行研究;随后采用高温Raman实验对硝酸熔盐体系在升温过程中结构的变化进行初步探究;在此基础上,着重研究在太阳能热发电领域中广泛应用的Hitec（7%NaNO3+53%KNO3+40%NaNO2）三元熔盐的微观结构。运用密度泛函理论（DFT）优化了Hitec三元熔盐的微观模型,探究其微观成键方式;最后采用X射线散射实验（XRS）结合计算机模型拟合的方法,研究了Hitec三元...
【文章来源】：青海师范大学青海省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
熔盐的应用领域Fig.1.1Applicationfieldofmoltensalts化学
NaNO3-KNO3-NaNO2三元硝酸熔盐结构研究112.2.2药品试剂实验中采用的药品及生产厂家如表2.2所示：表2.2实验药品及其生产厂家Table.2.2Drugsusedandcorrespondingproducers药品名称纯度生产厂家硝酸钾分析纯国药集团化学试剂有限公司硝酸钠分析纯国药集团化学试剂有限公司亚硝酸钠分析纯国药集团化学试剂有限公司2.2.3二元/三元熔盐的制备由于硝酸盐在空气中容易受潮，会吸收水分形成结晶体，特别是亚硝酸盐会吸收环境中的水蒸气，因此在实验前要将市面上销售的分析纯硝酸钠、亚硝酸钠及硝酸钾进行重结晶。利用磁力加热搅拌器分别制硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸钾的饱和溶液。溶剂分批加入，边加热边搅拌，直至固体全部溶解。将饱和溶液趁热过滤，除去不溶性杂质，把盛放滤液的烧杯放在凉水中使其析出晶体。再通过抽滤的方法，得到重结晶后的晶体。将重结晶后得到的硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾固体在电热鼓风干燥箱中，在100℃下干燥24小时，以脱去晶体中多余的水分。烘干后将样品放在干燥器中备用。实验中的熔盐是按照NaNO3，KNO3，NaNO2三种原料均匀分布的条件进行配制，实验点是图2.1中标注的红色三角。图2.1实验熔盐组成分布图Fig.2.1Compositionprofilesofmoltensaltsintheexperiment
青海师范大学硕士学位论文12图2.1中三角形的每个顶点分别代表NaNO3，KNO3，NaNO2的纯物质，三角形的每条边分别代表三种原料两两混合的二元熔盐，三角形中间的点的组成是由做平行线法确定的，代表的是不同配比的三元熔盐。从图2.1中共选出21个实验点，除此之外，将目前储能熔盐用的较多的三元熔盐Hitec(53%KNO3–7%NaNO3–40%NaNO2)体系也列入其中。实验中个样品的配料组成分布见表2.3。将预处理好的三种原料按照所需的组分配比称量，每个样品总质量为100g，放入刚玉坩埚中，搅拌均匀。设置马弗炉温度为300℃，使样品在其中完全熔化，然后降温冷却为固体，用固体粉碎机将得到的样品打磨成粉末。熔盐制备完毕后，取适量样品进行TG-DSC和XRD实验，并对其热物性和结构进行分析。a.b.c.d.图2.2样品在制备过程中的不同形态(a.熔化前；b.熔化时；c.冷却时；d.凝固后)Fig.2.2Differentformsofsamplesintheprocessofpreparatio(a.beforemelting;b.meltingtime;c.coolingtime;d.aftersolidification)2.2.4熔盐的表征TG-DSC分析实验采用SDTQ600型同步差示扫描量热—热重分析仪分析测定样品的热物性，包括熔点、分解温度以及相变焓。实验过程中，坩埚采用含盖铂金坩埚，称取样品10g左右，升温速率为10℃/min，使用氮气作为保护气体，温度范围控制在25℃~700℃。XRD分析实验采用X’PertPro型X射线散射仪对熔盐样品进行物相组成表征。实验过程中，使用Cu靶，λ=0.154nm，测试管电压为40kV，管电流为35mA，扫描范围是5°~75°，扫描步长是0.0167°。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于密度泛函理论的外电场下C3F8微观特性的研究[J]. 李亚莎,梅益明,章小彬,谢云龙. 原子与分子物理学报. 2020(01)
[2]基于Gaussian量子化学计算的波谱分析课程教学探索[J]. 白云霞,覃程荣,宋雪萍,王双飞,刘新亮. 轻工科技. 2019(12)
[3]老化对泡沫温拌沥青混合料性能的影响[J]. 李瑞. 材料科学与工程学报. 2019(01)
[4]基于盐湖资源的硝酸熔盐储能材料性能研究[J]. 王敏,李锦丽,赵有璟,王怀有,钟远,张宏韬,杜宝强,武延泽. 盐湖研究. 2018(02)
[5]NaNO3、KNO3和NaNO2熔盐的Raman光谱测定与计算[J]. 胡宪伟,史向凯,张宽,李晓飞. 太阳能学报. 2018(04)
[6]二元混合硝酸盐相图的预测及热物性实验研究[J]. 李英,吴玉庭,鹿院卫,陈夏,马重芳. 太阳能学报. 2018(02)
[7]NaNO3-KNO3-NaNO2三元混合相变熔盐结构与物性的分子动力学模拟[J]. 倪海欧,孙泽,路贵民,于建国. 储能科学与技术. 2017(04)
[8]Na3AlF6-Al2O3系熔盐离子结构的拉曼光谱研究[J]. 吕秀梅,尤静林,王媛媛,王建,伍俊,王敏,刘晓伟. 光散射学报. 2015(01)
[9]电化学原位拉曼光谱技术在高温熔盐中的应用[J]. 胡宪伟,盛卓,高炳亮,石忠宁,黄椿森,王兆文. 冶金分析. 2014(08)
[10]三硼酸铋晶体及其高温熔体结构的拉曼光谱研究[J]. 季自方,尤静林,西蒙·派特里克,王媛媛,侯敏,王丽红,张国春,万松明,傅佩珍,吴以成,殷绍唐. 光谱学与光谱分析. 2012(01)
博士论文
[1]TBP萃取体系从盐湖卤水中分离提取锂的机制及关键因素研究[D]. 李慧芳.中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所) 2019
[2]冰晶石-氧化铝熔盐体系微结构的高温原位拉曼光谱研究[D]. 马楠.上海大学 2018
[3]偏硼酸钠溶液性质、结构及电化学还原[D]. 周永全.中国科学院研究生院(青海盐湖研究所) 2014
硕士论文
[1]Al-Pr金属间化合物结构、弹性性能及电子结构研究[D]. 刘崴.南昌大学 2019
[2]硝酸熔盐储能材料的制备及热物性研究[D]. 杜宝强.中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所) 2017
[3]三元氯化物熔盐腐蚀性研究及新型传蓄热熔盐体系的构建[D]. 刘波.华南理工大学 2017
[4]硝酸盐—亚硝酸盐—碳酸盐系熔盐结构与热物性研究[D]. 车国俊.东北大学 2015
[5]KNO3-NaNO2-NaNO3体系熔盐结构的Raman光谱研究[D]. 喻宗鑫.东北大学 2014
[6]熔盐导热系数的研究与测定[D]. 蒋茂明.东北大学 2013
[7]NaNO2-KNO3-NaNO3三元熔盐体系物理化学性质与结构的研究[D]. 刘风国.东北大学 2009
本文编号：3452642
【文章来源】：青海师范大学青海省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
熔盐的应用领域Fig.1.1Applicationfieldofmoltensalts化学
NaNO3-KNO3-NaNO2三元硝酸熔盐结构研究112.2.2药品试剂实验中采用的药品及生产厂家如表2.2所示：表2.2实验药品及其生产厂家Table.2.2Drugsusedandcorrespondingproducers药品名称纯度生产厂家硝酸钾分析纯国药集团化学试剂有限公司硝酸钠分析纯国药集团化学试剂有限公司亚硝酸钠分析纯国药集团化学试剂有限公司2.2.3二元/三元熔盐的制备由于硝酸盐在空气中容易受潮，会吸收水分形成结晶体，特别是亚硝酸盐会吸收环境中的水蒸气，因此在实验前要将市面上销售的分析纯硝酸钠、亚硝酸钠及硝酸钾进行重结晶。利用磁力加热搅拌器分别制硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸钾的饱和溶液。溶剂分批加入，边加热边搅拌，直至固体全部溶解。将饱和溶液趁热过滤，除去不溶性杂质，把盛放滤液的烧杯放在凉水中使其析出晶体。再通过抽滤的方法，得到重结晶后的晶体。将重结晶后得到的硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾固体在电热鼓风干燥箱中，在100℃下干燥24小时，以脱去晶体中多余的水分。烘干后将样品放在干燥器中备用。实验中的熔盐是按照NaNO3，KNO3，NaNO2三种原料均匀分布的条件进行配制，实验点是图2.1中标注的红色三角。图2.1实验熔盐组成分布图Fig.2.1Compositionprofilesofmoltensaltsintheexperiment
青海师范大学硕士学位论文12图2.1中三角形的每个顶点分别代表NaNO3，KNO3，NaNO2的纯物质，三角形的每条边分别代表三种原料两两混合的二元熔盐，三角形中间的点的组成是由做平行线法确定的，代表的是不同配比的三元熔盐。从图2.1中共选出21个实验点，除此之外，将目前储能熔盐用的较多的三元熔盐Hitec(53%KNO3–7%NaNO3–40%NaNO2)体系也列入其中。实验中个样品的配料组成分布见表2.3。将预处理好的三种原料按照所需的组分配比称量，每个样品总质量为100g，放入刚玉坩埚中，搅拌均匀。设置马弗炉温度为300℃，使样品在其中完全熔化，然后降温冷却为固体，用固体粉碎机将得到的样品打磨成粉末。熔盐制备完毕后，取适量样品进行TG-DSC和XRD实验，并对其热物性和结构进行分析。a.b.c.d.图2.2样品在制备过程中的不同形态(a.熔化前；b.熔化时；c.冷却时；d.凝固后)Fig.2.2Differentformsofsamplesintheprocessofpreparatio(a.beforemelting;b.meltingtime;c.coolingtime;d.aftersolidification)2.2.4熔盐的表征TG-DSC分析实验采用SDTQ600型同步差示扫描量热—热重分析仪分析测定样品的热物性，包括熔点、分解温度以及相变焓。实验过程中，坩埚采用含盖铂金坩埚，称取样品10g左右，升温速率为10℃/min，使用氮气作为保护气体，温度范围控制在25℃~700℃。XRD分析实验采用X’PertPro型X射线散射仪对熔盐样品进行物相组成表征。实验过程中，使用Cu靶，λ=0.154nm，测试管电压为40kV，管电流为35mA，扫描范围是5°~75°，扫描步长是0.0167°。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于密度泛函理论的外电场下C3F8微观特性的研究[J]. 李亚莎,梅益明,章小彬,谢云龙. 原子与分子物理学报. 2020(01)
[2]基于Gaussian量子化学计算的波谱分析课程教学探索[J]. 白云霞,覃程荣,宋雪萍,王双飞,刘新亮. 轻工科技. 2019(12)
[3]老化对泡沫温拌沥青混合料性能的影响[J]. 李瑞. 材料科学与工程学报. 2019(01)
[4]基于盐湖资源的硝酸熔盐储能材料性能研究[J]. 王敏,李锦丽,赵有璟,王怀有,钟远,张宏韬,杜宝强,武延泽. 盐湖研究. 2018(02)
[5]NaNO3、KNO3和NaNO2熔盐的Raman光谱测定与计算[J]. 胡宪伟,史向凯,张宽,李晓飞. 太阳能学报. 2018(04)
[6]二元混合硝酸盐相图的预测及热物性实验研究[J]. 李英,吴玉庭,鹿院卫,陈夏,马重芳. 太阳能学报. 2018(02)
[7]NaNO3-KNO3-NaNO2三元混合相变熔盐结构与物性的分子动力学模拟[J]. 倪海欧,孙泽,路贵民,于建国. 储能科学与技术. 2017(04)
[8]Na3AlF6-Al2O3系熔盐离子结构的拉曼光谱研究[J]. 吕秀梅,尤静林,王媛媛,王建,伍俊,王敏,刘晓伟. 光散射学报. 2015(01)
[9]电化学原位拉曼光谱技术在高温熔盐中的应用[J]. 胡宪伟,盛卓,高炳亮,石忠宁,黄椿森,王兆文. 冶金分析. 2014(08)
[10]三硼酸铋晶体及其高温熔体结构的拉曼光谱研究[J]. 季自方,尤静林,西蒙·派特里克,王媛媛,侯敏,王丽红,张国春,万松明,傅佩珍,吴以成,殷绍唐. 光谱学与光谱分析. 2012(01)
博士论文
[1]TBP萃取体系从盐湖卤水中分离提取锂的机制及关键因素研究[D]. 李慧芳.中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所) 2019
[2]冰晶石-氧化铝熔盐体系微结构的高温原位拉曼光谱研究[D]. 马楠.上海大学 2018
[3]偏硼酸钠溶液性质、结构及电化学还原[D]. 周永全.中国科学院研究生院(青海盐湖研究所) 2014
硕士论文
[1]Al-Pr金属间化合物结构、弹性性能及电子结构研究[D]. 刘崴.南昌大学 2019
[2]硝酸熔盐储能材料的制备及热物性研究[D]. 杜宝强.中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所) 2017
[3]三元氯化物熔盐腐蚀性研究及新型传蓄热熔盐体系的构建[D]. 刘波.华南理工大学 2017
[4]硝酸盐—亚硝酸盐—碳酸盐系熔盐结构与热物性研究[D]. 车国俊.东北大学 2015
[5]KNO3-NaNO2-NaNO3体系熔盐结构的Raman光谱研究[D]. 喻宗鑫.东北大学 2014
[6]熔盐导热系数的研究与测定[D]. 蒋茂明.东北大学 2013
[7]NaNO2-KNO3-NaNO3三元熔盐体系物理化学性质与结构的研究[D]. 刘风国.东北大学 2009
本文编号：3452642
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