反應(yīng)物粒度對多相化學(xué)反應(yīng)影響的研究.pdf

1、本文綜述了國內(nèi)外關(guān)于多相反應(yīng)體系中反應(yīng)物的粒度對化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)和動力學(xué)影響方面的研究，提出了本課題的研究內(nèi)容，闡述了該課題的理論意義，預(yù)測了納米粒子作為反應(yīng)物在化學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢。目前，在非催化的多相反應(yīng)熱力學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)反應(yīng)物粒度對標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)有明顯影響，但關(guān)于反應(yīng)物粒度對化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)和熱力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律的實驗研究還未見報道。在非催化的多相反應(yīng)動力學(xué)研究中，關(guān)于反應(yīng)物粒度對動力學(xué)參數(shù)的影響，前人已經(jīng)進行了一些研究，

2、提出了不同形式的收縮核模型，所報道的動力學(xué)方程主要局限于經(jīng)驗或半經(jīng)驗的動力學(xué)模型，而動力學(xué)參數(shù)與反應(yīng)物粒度間的顯函數(shù)關(guān)系式、反應(yīng)物粒度對反應(yīng)級數(shù)的影響規(guī)律還未見報道，關(guān)于減小反應(yīng)物粒度導(dǎo)致活化能降低和指前因子減小的原因也未能給出合理的解釋。因此，有必要對納米級反應(yīng)物參與的非催化多相反應(yīng)的熱力學(xué)和動力學(xué)進行深入研究。 本論文選擇了適合于本課題研究的多相反應(yīng)體系；采用液相法和固相法制備了不同粒度的納米顆粒，其平均粒度通過X射線衍射儀

3、進行表征；然后分別以納米氧化銅和納米氧化鋅為反應(yīng)物與硫酸氫鈉溶液反應(yīng)為體系，首次通過實驗研究了反應(yīng)物粒度對多相化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)和熱力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律；同時建立了多相反應(yīng)動力學(xué)的理論模型，通過實驗研究了反應(yīng)物粒度對動力學(xué)參數(shù)的影響規(guī)律；并對這些影響規(guī)律進行了討論。 本課題首先制備了不同粒度的納米氧化銅和納米氧化鋅，然后以不同粒度的反應(yīng)物在不同溫度下與NaHSO4溶液進行反應(yīng)，分別利用離子分析儀和原子吸收光譜測定平衡溶液中pH值

4、、銅離子和鋅離子濃度值，求出不同溫度下不同粒度的反應(yīng)物反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)及反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能，通過線性擬合△G-T的曲線方程，進一步求得標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓和標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熵，得到標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓以及標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熵隨反應(yīng)物粒度的變化規(guī)律；通過用離子分析儀記錄不同時刻反應(yīng)溶液中的pH值或銅離子濃度的變化，經(jīng)換算得到反應(yīng)物濃度隨時間的變化率，進而得到反應(yīng)速率常數(shù)、反應(yīng)表觀活化能、指前因子以及反應(yīng)級數(shù)隨反應(yīng)物

5、粒度的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明： (1)采用液相法和固相法可制備出不同粒度的納米氧化銅微粒和納米氧化鋅微粒，所制備出的納米氧化銅的平均粒度為10-24nm，納米氧化鋅的平均粒度為22-70nm。 (2)在高分散多相反應(yīng)體系中，反應(yīng)物粒度對化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K()、反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能△rGm()、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓△rHm()、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熵△rm()、反應(yīng)速率常數(shù)k、反應(yīng)表觀活化能Ea、指前因子A以及反應(yīng)級數(shù)n均有