氟化钙反应结晶热力学和动力学研究

发布时间：2017-09-09 11:19

  本文关键词：氟化钙反应结晶热力学和动力学研究

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【摘要】：工业含氟废水是工业生产过程中产生的氟浓度大大超过排放标准限值的废水。含氟废水对人类和动物的健康以及生态的平衡具有严重的威胁,因此对含氟废水处理技术的研究显得尤为重要。在废水除氟过程中,通常采用成本低廉的钙盐沉淀除氟法,但是钙盐沉淀法不单是一个化学反应过程,其中还涉及到氟化钙晶体的成核、生长等结晶热力学和动力学过程。如果能够掌握钙氟反应结晶过程中氟化钙的热力学和动力学相关数据,就能很好的控制整个钙盐沉淀除氟的过程,从而实现对废水中氟离子的高效去除,具有重要的科学价值和经济效益。本文从结晶热力学和动力学两方面深入研究钙氟反应结晶的过程。1、研究了钙氟反应结晶的热力学过程,并测定了相关热力学参数。采用氟离子计和激光测量法测量了氟化钙在纯水中的溶解度和超溶解度;发现在纯水中氟化钙的溶解度和超溶解度是两条随着温度升高不断减小的曲线。并研究了模拟工业含氟废水处理中废水的酸碱性、杂质粒子、添加剂以及晶种等条件下钙氟反应结晶过程中氟化钙的热力学数;测得pH=6时的氟化钙的溶解度以30℃为拐点,随着温度升高先减小后增大。杂质粒子和添加剂的存在也对氟化钙的溶解度和超溶解度产生了影响,Mg2+、EDTA会增大氟化钙在溶液中的溶解度;Cl-、Br-、C2H5OH则减小了氟化钙在溶液中的超溶解度;晶种的存在会大大减小氟化钙的超溶解度,晶种粒径越小,量越大,则氟化钙的超溶解度越小。2、研究了钙氟反应结晶的动力学过程,并测定了纯水中的钙氟反应结晶过程诱导期数据。通过模拟工业含氟废水处理中废水的酸碱性、杂质粒子、添加剂以及晶种等条件测定了其对钙氟反应结晶过程中氟化钙的诱导期的影响。发现在测量pH=6的氟化钙诱导期时,无论是升温还是降温光功率读数均不改变,说明氟化钙在pH=6时的溶解度曲线是一条以30℃为拐点的U型曲线,这个结论正好与前面测得的pH=6时的溶解度数据相符合。证明了实验的正确性。相同条件的杂质、添加剂以及晶种对诱导期的影响趋势与其对热力学的影响趋势相同,说明一种物质如果增强了固液体系中溶质的活度,就可以减小其溶解度,缩短其诱导期。通过扫描电镜分析了了杂质、添加剂、超声场、晶种对生成的氟化钙晶体粒度的影响。通过红外和XRD图谱分析表明,PAM、超声场的引入虽然影响了晶体的粒度分布,但对氟化钙晶体的内部结构没有改变。
【关键词】：氟化钙 反应结晶 热力学 成核动力学 生长动力学
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-27
• 1.1 氟的来源9-16
• 1.1.1 天然来源10
• 1.1.2 农业来源10
• 1.1.3 工业来源10-12
• 1.1.4 氟污染的危害12-16
• 1.2 含氟废水处理技术16-25
• 1.2.1 流化床结晶法17-18
• 1.2.2 化学沉淀法18-20
• 1.2.3 纳滤膜分离法20-21
• 1.2.4 絮凝沉淀法21-23
• 1.2.5 吸附法23-25
• 1.2.6 其他方法25
• 1.3 研究背景以及意义25-26
• 1.4 研究内容26-27
• 第二章 钙氟反应结晶热力学研究27-43
• 2.1 理论综述27-30
• 2.1.1 固液平衡理论27-28
• 2.1.2 溶解度28
• 2.1.3 超溶解度和介稳区28-30
• 2.2 实验部分30-33
• 2.2.1 实验试剂30
• 2.2.2 实验仪器30-31
• 2.2.3 实验装置31-32
• 2.2.4 实验方法32-33
• 2.3 实验结果与讨论33-41
• 2.3.1 氟化钙的溶解度33
• 2.3.2 氟化钙的超溶解度和介稳区33-35
• 2.3.3 氟化钙在pH=6 时的介稳区35
• 2.3.4 不同杂质/添加剂对氟化钙超溶解度的影响35-38
• 2.3.5 不同的氯化钙滴加速率对氟化钙超溶解度的影响38-39
• 2.3.6 添加晶种对氟化钙超溶解度的影响39-41
• 2.4 本章小结41-43
• 第三章 钙氟反应结晶动力学研究43-67
• 3.1 成核过程概述43-49
• 3.1.1 成核43-45
• 3.1.2 诱导期45-47
• 3.1.3 超声场47-49
• 3.2 生长动力学理论49-53
• 3.2.1 晶体生长过程49-50
• 3.2.2 晶体生长动力学模型50-53
• 3.3 实验53-54
• 3.3.1 诱导期的测量53
• 3.3.2 氟化钙晶体的分析53-54
• 3.4 结果与讨论54-65
• 3.4.1 氟化钙的诱导期54-55
• 3.4.2 氟化钙在pH=6 时的诱导期55-56
• 3.4.3 杂质/添加剂对氟化钙诱导期的影响56-59
• 3.4.4 添加晶种对氟化钙诱导期的影响59-60
• 3.4.5 晶种和过饱和度对氟化钙生长速率的影响60-62
• 3.4.6 外界因素对钙氟反应结晶的影响62-65
• 3.5 本章小结65-67
• 第四章 结论与展望67-69
• 4.1 结论67-68
• 4.2 展望68-69
• 符号说明69-70
• 参考文献70-77
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及申请专利77-78
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目78-79
• 致谢79

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本文编号：820129