五元体系Li+，Na+，Mg2+//SO42-，B4O72-H2O及相关子体系在273K下的相平衡研究

摘要

本论文使用等温蒸发结晶法和等温溶解平衡法得到了273K时五元Li+，Na+，Mg2+//SO42-，B4O72--H2O及其部分三元、四元子体系的相平衡关系，并根据所得数据绘制出所有体系对应的等温溶解度相图和密度组成图，及四元、五元体系的水图。各体系的饱和固相从体系中分离，用X射线粉晶衍射法鉴定，并将得出的图谱与标准谱线做比较确定固相组成。本文进行的研究包括:两个三元体系Na2SO4-Na2B4O7-H2O和Li2B4O7-Na2B4O7-H2O的稳定与介稳相平衡;两个交互四元体系Li+，Na+//SO42-，B4O72--H2O和Na+，Mg2+//SO42-，B4O72--H2O的稳定相平衡;一个五元体系Li+，Na+，Mg2+//SO42-，B4O72--H2O的稳定相平衡。
　　实验得出三元体系Na2SO4-Na2B4O7-H2O的稳定与介稳相图均属于水合物Ⅰ型，均没有生成复盐或固溶体，两个相图中均包含一个共饱点，两条单变量溶解度曲线，两个饱和固相结晶区，分别为Na2B4O7·10H2O和Na2SO4·10H2O。两个体系盐溶液的密度均随Na2SO4的液相质量分数的增加而变化，并在共饱点处达到最大值。将273K的稳定相图与其它温度(288K、298K、323K、348K和373K)的相图对比，发现不同温度时此三元体系相图形状大致相似，随温度升高共饱点处的液相组分溶解度增大，并且平衡固相Na2B4O7·10H2O和Na2SO4·10H2O在温度升高时发生脱水(分别为323K和373K)，脱水为Na2B4O7·5H2O和无水Na2SO4。对比本体系273K时介稳与稳定相图发现相图的边界点起始位置发生变化，亚稳态时四硼酸钠单盐溶解度明显增大，两种盐的饱和固相结晶形式不变，平衡时介稳态和稳定态的共饱点数据相差不大。
　　三元体系Li2B4O7-Na2B4O7-H2O的稳定与介稳相图均属于水合物Ⅰ型，相图均包含两条单变量溶解度曲线，一个共饱点和两个固相结晶区。但介稳与稳定相图之间存在明显差异，达到稳定相平衡时，体系的平衡固相为Na2B4O7·10H2O+Li2B4O7·3H2O，介稳时的平衡固相却为Na2B4O7·10H2O+LiBO2·8H2O。同稳定相图相比，介稳时体系中加入四硼酸钠对液相中四硼酸锂的含量影响较大，随着四硼酸钠含量的增加，四硼酸锂的饱和溶液曲线基本呈线性趋势下降，此时，四硼酸钠对四硼酸锂表现出盐析作用;而处于稳定平衡时，随四硼酸钠的加入，四硼酸锂的饱和溶液曲线变化较小。273K时稳定相图与288K和298K时作比较，三个温度下的稳定相图存在相似性，且平衡固相均为Na2B4O7·10H2O+Li2B4O7·3H2O，随温度升高共饱点处的液相组分溶解度增大，273K和298K时四硼酸钠对四硼酸锂有增溶作用，反之288K时，四硼酸钠对四硼酸锂表现出盐析作用。
　　交互四元体系Li+，Na+//SO42-，B4O72--H2O有复盐3Na2SO4·Li2SO4·12H2O生成为复杂体系。其等温溶解度相图由三个共饱点，七条单变量溶解度曲线，五个平衡固相结晶区组成，分别为Na2SO4·10H2O、Na2B4O7·10H2O、Li2SO4·H2O、Li2B4O7·3H2O和复盐3Na2SO4·Li2SO4·12H2O。对比273K时该体系稳定与介稳相图，发现两个相图形状相似，均有复盐3Na2SO4·Li2SO4·12H2O，但亚稳态时四硼酸锂的固相结晶形式由Li2B4O7·3H2O变为LiBO2·8H2O，且各个盐的结晶区面积发生变化。
　　交互四元体系Na+，Mg2+//SO42-，B4O72--H2O由两个不变量点，五条单变量溶解度曲线，四个饱和固相结晶区组成，分别为MgB4O7·9H2O、MgSO4·7H2O、Na2SO4·10H2O和Na2B4O7·10H2O。将本相图与288K时相图作比较，发现288K时相图中有复盐白钠镁矾Na2SO4·MgSO4·4H2O生成，并且此相图有三个共饱点，七条溶解度曲线，五个固相结晶区组成，此时属于复杂体系。
　　五元体系Li+，Na+，Mg2+//SO42-，B4O72--H2O在MgB4O7饱和的干基图中存在三个不变量点，七条单变量饱和溶液曲线将干基相图划分为五个单固相饱和结晶区（MgB4O7饱和），分别为Na2B4O7·10H2O、Li2SO4·H2O、Na2SO4·10H2O、MgB4O7·9H2O和Li2B4O7·3H2O。
　　五元体系五元体系Li+，Na+，Mg2+//SO42-，B4O72--H2O在Na2B4O7饱和的投影面中有锂钠复盐3Na2SO4·Li2SO4·12H2O形成，此时存在三个不变量点，七条单变量饱和溶液曲线将干基相图划分为五个单固相饱和结晶区（Na2B4O7饱和），分别为MgSO4·7H2O、Li2SO4·H2O、MgB4O7·9H2O、Li2B4O7·3H2O和锂钠复盐3Na2SO4·Li2SO4·12H2O。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 立题依据

1．2 水盐体系研究现状

1．3 本课题相关体系研究现状

1．4 实验研究内容

1．5 研究经费来源

2．1 实验试剂

2．2 实验设备与仪器

2．3 实验研究方法

第3章 273K时三元子体系相平衡研究

3．1 三元体系Na2SO4-Na2B4O7-H2O稳定相平衡研究

3．2 三元体系Na2SO4-Na2B4O7-H2O介稳相平衡研究

3．3 三元体系Li2B4O7-Na2B4O7-H2O稳定相平衡研究

3．4 三元体系Li2B4O7-Na2B4O7-H2O介稳相平衡研究

3．4．1 实验结果及讨论

3．4．2 稳定与介稳相图对比

3．5 本章小结

第4章 273K时四元子体系相平衡研究

4．1．1 实验结果及讨论

4．1．2 四元体系Li+，Na+//SO42-，B4O72--H2O介稳与稳定对比

4．2 四元体系Na+，Mg2+//SO42-，B4O72--H2O稳定相平衡研究

4．2．1 实验结果及讨论

4．2．2 不同温度下稳定相图对比

4．3 本章小结

第5章 五元体系Li+，Na+，Mg2+//SO42-，B4O72--H2O在273K下的相平衡研究

5．1．1 实验结果与分析讨论

5．2 五元体系Li+，Na+，Mg2+//SO42-，B4O72--H2O(Na2B4O7饱和)273K相平衡

5．2．1 实验结果与分析讨论

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果