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水热条件下,铝酸钠溶液、拟薄水铝石晶种和种分产物形成的多元非平衡体系十分复杂,铝酸钠溶液的分解率以及种分产物的织构性质和Na+含量随分解条件的变化有较大波动,仅靠分解条件的优化来提高溶液的分解率并改善种分产物的性质因而受到限制,只有以铝酸钠溶液分解的强化和种分产物的性质改善为突破口,高附加值拟薄水铝石的高效析出才有可能,加入添加剂是简单有效的方法。
本文主要研究了拟薄水铝石种分过程中,添加剂对分解率和种分产物结构、形貌和织构性质的影响,并研究了晶种及其活化以及使用活化后的晶种和异丙醇添加剂组合使用对溶液分解率的影响。在此基础上,研究添加剂存在下拟薄水铝石种分过程的动力学规律,并结合典型种分产物的形貌分析种分过程的机理。研究结果表明:
1、使用0#晶种时,以异丙醇为添加剂可以有效强化溶液的分解,显著提高溶液的分解率,在Al2O3浓度为110 g·L-1、αk为1.50、晶种比为1.0和125℃的温和水热条件下种分3h时,添加5 mg·L-1异丙醇可以使分解率从不添加时的27.2%提高到46.7%,并且品种连续循环使用3次后,分解率仍可以达到36.5%,同时添加异丙醇不改变种分产物的结构,也不会对其形貌和织构性质产生显著影响,但可以在一定程度上调节其结晶度并使孔径分布更加集中。
2、使用2#晶种时,以氯化铝为添加剂可以强化溶液的分解,不仅可以提高溶液的分解率,而且可以在一定程度上调节种分产物的结晶度,并在保持种分产物比表面积与晶种相当的前提下,提高种分产物的孔容和平均孔径。
3、拟薄水铝石的种分过程中,晶种对溶液碱性的敏感程度随晶种孔容增加而增大;品种经过沸腾的蒸馏水处理0.5 h后,用其种分铝酸钠溶液,溶液分解率较活化前均有不同程度的提高。品种活化后,在种分过程中添加异丙醇,也能不同程度提高溶液分解率,且大孔容晶种的强化效果比小孔容好。
4、异丙醇存在下,在选定的实验条件范围内拟薄水铝石种分过程基本符合二级反应动力学规律,该过程为一个强烈的动力学抑制过程,随着反应进行,分解速率逐渐减小,反应活化能为73.46 KJ·mol-1,属于表面化学反应控制。反应达到平衡时,铝酸钠溶液仍处于过饱和状态。