纳米碳酸钙分解动力学研究

摘要

氧化钙是一种重要的无机材料，广泛用于催化剂、有毒废物处理剂、颜料的生产以及洁净钢冶炼用耐火材料。纳米氧化钙是从上个世纪发展起来的新型纳米材料，已成功应用于制备杀菌剂、吸附剂和催化剂等产品。
　　本文以纳米碳酸钙为研究对象，通过与微米碳酸钙分解动力学进行对比，研究了纳米碳酸钙在空气与二氧化碳气氛下的分解动力学;另外，本文还以纳米碳酸钙为原料，采用了真空热分解法制备纳米氧化钙粉体，并研究了不同热处理工艺对纳米碳酸钙分解所得纳米氧化钙的晶粒尺寸、比表面积、显微结构等性能的影响。得到如下结果:
　　(1)在不同升温速率、不同气氛下，纳米碳酸钙的开始分解温度均比微米碳酸钙开始分解温度低，当两者的分解转换率为74％左右时，两者均可达到最大CO2逸出速率;
　　(2)纳米碳酸钙在空气和二氧化碳气氛中的分解动力学机理都可以用相边界反应动力学模型函数描述，其机理方程为G(α)=1-(1-α)1/n，在空气和二氧化碳气氛中，n值分别为1.5和2;
　　(3)真空条件下更有利于纳米碳酸钙的分解。在真空条件下，纳米碳酸钙分解后，氧化钙晶体内存在较大的晶格畸变应力，且晶格畸变应力不随温度的变化而变化，从而抑制氧化钙的晶粒长大;在空气中，氧化钙晶体内晶格畸变应力随温度升高逐渐减小，氧化钙晶体逐渐发育完整，氧化钙的平均晶粒尺寸成指数形式增长;
　　(4)空气中制备的氧化钙粉体晶体发育完整，多个氧化钙颗粒之间通过颈部连接烧结在一起，真空中制备的氧化钙粉体晶体中存在大量的细小氧化钙微晶和气孔，整个氧化钙颗粒由多个氧化钙团聚体通过颈部连接在一起组成。同时由于大量纳米级氧化钙微晶的存在，造成真空中制备的氧化钙粉体的活性远高于空气中制备的氧化钙粉体的活性。
　　(5)真空条件下，升温速率对氧化钙的显微结构影响较大，升温速率慢时，氧化钙团聚体之间易发生烧结，升温速率过快时，团聚体内的氧化钙微晶发生烧结。当升温速率控制在10～20℃/min时，制得的氧化钙活性较高。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 碳酸钙热分解过程研究概况

1．2．1 碳酸钙分解机理

1．2．2 碳酸钙分解过程颗粒显微结构

1．3 影响碳酸钙分解动力学的因素

1．3．1 粒度对碳酸钙分解动力学的影响

1．3．2 温度对碳酸钙分解动力学的影响

1．3．3 压强与气氛对碳酸钙分解动力学的影响

1．3．4 添加剂对碳酸钙分解动力学的影响

1．4 热分析动力学理论和方法的选择

1．5 文献总结

1．6 本文研究内容

第二章 纳米碳酸钙分解动力学

2．1 理论背景

2．1．1 等转换率法计算活化能

2．1．2 利用补偿效应计算指前因子

2．1．3 利用模型拟合法确定机理函数

2．2 实验

2．2．1 原料分析

2．2．2 实验过程

2．3 结果与讨论

2．3．1 碳酸钙分解转换率

2．3．2 CO2逸出速率

2．3．4 指前因子计算结果

2．3．5 最可几动力学函数判定

2．4 结论

第三章 热处理工艺对纳米碳酸钙分解所得氧化钙的晶粒尺寸、结构及活性等性能的影响

3．1 试验

3．1．1 样品制备

3．1．2 样品表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 物相组成分析和晶粒尺寸分析

3．2．2 显微结构和孔径分布

3．2．3 水化活性与水化动力学分析

3．3 小结

第四章 升温速率对真空条件下纳米碳酸钙分解影响

4．1 实验

4．1．1 样品制备

4．1．2 样品表征

4．2 结果与讨论

4．2．1 升温速率对氧化钙晶粒尺寸的影响

4．2．2 氧化钙晶体显微结构分析

4．2．3 比表面积和孔径分布

4．2．4 分解机理

4．3 小结

总结

展望

致谢

参考文献

学术成果