法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2020-03-06
授权
授权
2017-11-14
实质审查的生效 IPC(主分类):G01N31/00 申请日:20170613
实质审查的生效
2017-10-13
公开
公开
技术领域
本发明涉及反应动力学阶段技术领域，具体涉及一种划分粉煤灰强碱体系下反应动力学阶段的方法。
背景技术
粉煤灰是电厂燃煤产生的一种固体废物，由于粉煤灰中含有丰富的硅元素，其又常常被用作为一种无机硅资源。一般而言，在水热环境下与强碱反应是利用粉煤灰中硅元素的重要方法之一、目前，粉煤灰合成沸石，粉煤灰基地质聚合物以及一些新型环境材料等均基于粉煤灰在强碱体系下的反应过程。因此，弄清粉煤灰在强碱体系下的动力学反应阶段对于弄清粉煤灰强碱体系下的反应机理，进而推动粉煤灰在新型材料领域的应用均具有非常重要的理论和实际意义。但是，就目前国内外的研究成果来看，尚没有一种准确划分粉煤灰强碱反应体系下反应动力学阶段的方法，这阻碍了相关领域的基础理论及实际应用的研究，更进而影响了粉煤灰应用领域的进一步深入和扩展。
发明内容
针对粉煤灰强碱体系下的反应过程，本发明的目的是提供一种划分粉煤灰强碱体系下反应动力学阶段的方法，可以对粉煤灰在强碱体系下的反应过程中的反应动力学阶段作出明确的评价，对与粉煤灰在有关领域的机理研究和及其应用领域的扩展有很大的指导意义，且具有操作简单，易于推广应用的特点。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种划分粉煤灰强碱体系下反应动力学阶段的方法，包括以下步骤：
1)将粉煤灰样品按确定的固液比(质量比：1/10-1/40)与强碱溶液(5mol/L-10mol/LNaOH溶液)反应，反应温度为25-75℃，反应时间为0-48h；
2)计算反应体系中硅元素的表观物质的量浓度，记为原始硅参数M0；
3)强碱体系反应完成后，将混合液通过0.45μm滤膜过滤，检测溶液中的硅元素浓度，得到硅参数系列1，记为[N1j]；
4)利用稀混合酸溶液与滤渣反应，反应完成后，将混合液通过0.45μm滤膜过滤，检测混合酸溶液中的硅元素浓度，得到硅参数系列2，记为[N2i]；
5)通过计算，得到代表反应动力学阶段的特征参数系列1，记为[M1j]；
6)通过计算，得到代表反应动力学阶段的特征参数系统2，记为[M2i]；
7)通过比较分析代表反应动力学阶段的特征参数系列1和特征参数系统2，得到特征反应界限2和特征反应界限1；
8)通过分析特征反应界限2和特征反应界限1，得到粉煤灰强碱体系下的各动力学反应阶段。
步骤2)中，所述的原始硅参数M0的计算方法为：
其中，m0为反应体系中粉煤灰的质量，g；C0为粉煤灰中硅元素的质量分数，％；V0为混合体系的体积，L；M0的单位为mol/L。
步骤5)中，与滤渣反应的烯酸的成分为：30％HF，30％HCl与40％柠檬酸的混合溶液。
步骤5)中，代表反应动力学阶段的特征参数系列1[M1j]的计算方法为：
步骤6)中，代表反应动力学阶段的特征参数系列2[M2i]的计算方法为：
步骤7)中，特征反应界限2的确定方法为：找出特征参数系列1中数值首次出现下降的数据及其对应的反应时间，记做特征反应界限2。
步骤7)中，特征反应界限1的确定方法为：找出特征参数系列2中数值首次大于0.01的数据及其对应的反应时间，记做特征反应界限1。
步骤8)中，煤灰强碱体系下的各动力学反应阶段的划分方法为：从反应开始至特征反应界限1为化学反应控制阶段；从特征反应界限1至特征反应界限2为快速扩散控制阶段；从特征反应界限2至反应结束为慢速扩散控制阶段。
步骤1)中，固液比为质量比，范围为1/10-1/40。
步骤1)中，强碱溶液为5mol/L-10mol/L NaOH溶液。
有益效果：与现有技术相比，本发明的划分粉煤灰强碱体系下反应动力学阶段的方法，准确、易操作，普遍适用于广大火力发电厂粉煤灰强碱体系下反应动力学阶段的划分，并为粉煤灰的综合利用提供理论基础。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细描述。
实施例1
1)强碱体系反应
将粉煤灰样品按固液比(质量比：1/10)与强碱溶液(5mol/L NaOH溶液)反应，反应温度为35℃，反应时间为0-48h。
2)计算原始硅参数M0
通过公式(1)计算反应体系中硅元素的表观物质的量浓度，记为原始硅参数M0，其数值为2.3mol/L。
其中m0(g)为反应体系中粉煤灰的质量，C0(％)为粉煤灰中硅元素的质量分数，V0(L)为混合体系的体积。
3)硅参数系列1
强碱体系反应完成后，将混合液通过0.45μm滤膜过滤，检测溶液中的硅元素浓度，得到硅参数系列1，记为[N1j]。
4)硅参数系列2
利用稀混合酸溶液(30％HF，30％HCl与40％柠檬酸)与滤渣反应，反应完成后，将混合液通过0.45μm滤膜过滤，检测混合酸溶液中的硅元素浓度，得到硅参数系列2，记为[N2i]。
5)反应动力学阶段的特征参数系列1([M1j])
通过公式(2)计算反应动力学阶段的特征参数系列1([M1j])
6)反应动力学阶段的特征参数系列2([M2i])
通过公式(3)计算反应动力学阶段的特征参数系列2([M2i])
表1 记录及计算结果
7)反应界限2和特征反应界限1
如表1所示，特征参数系列1中数值首次出现下降的数据及其对应的反应时间为1020分钟，记做特征反应界限2。
特征参数系列2中数值首次大于0.01的数据及其对应的为240分钟，记做特征反应界限1。
8)粉煤灰强碱体系下的各动力学反应阶段。
0-240分钟，化学反应阶段；240-1020分钟，快速扩散阶段；1020-2880，慢速扩散阶段。
实施例2
方法同实施例1，其中，
1)强碱体系反应
将粉煤灰样品按固液比(质量比：1/20)与强碱溶液(7.5mol/L NaOH溶液)反应，反应温度为25℃，反应时间为0-48h。
2)计算原始硅参数M0
通过公式(1)计算反应体系中硅元素的表观物质的量浓度，记为原始硅参数M0，其数值为1.15mol/L。
3)硅参数系列1
强碱体系反应完成后，将混合液通过0.45μm滤膜过滤，检测溶液中的硅元素浓度，得到硅参数系列1，记为[N1j]。
4)硅参数系列2
利用稀混合酸溶液(30％HF，30％HCl与40％柠檬酸)与滤渣反应，反应完成后，将混合液通过0.45μmμm滤膜过滤，检测混合酸溶液中的硅元素浓度，得到硅参数系列2，记为[N2i]。
5)反应动力学阶段的特征参数系列1([M1j])
通过公式(2)计算反应动力学阶段的特征参数系列1([M1j])
6)反应动力学阶段的特征参数系列2([M2i])
通过公式(3)计算反应动力学阶段的特征参数系列2([M2i])
表2 记录及计算结果
7)反应界限2和特征反应界限1
如表2所示，特征参数系列1中数值首次出现下降的数据及其对应的反应时间为840分钟，记做特征反应界限2。
特征参数系列2中数值首次大于0.008的数据及其对应的为180分钟，记做特征反应界限1。
8)粉煤灰强碱体系下的各动力学反应阶段。
0-180分钟，化学反应阶段；180-840分钟，快速扩散阶段；840-2880分钟，慢速扩散阶段。
实施例3：
方法同实施例1，其中，
1)强碱体系反应
将粉煤灰样品按固液比(质量比：140)与强碱溶液(10mol/L NaOH溶液)反应，反应温度为50℃，反应时间为0-48h。
2)计算原始硅参数M0
通过公式(1)计算反应体系中硅元素的表观物质的量浓度，记为原始硅参数M0，其数值为0.575mol/L。
3)硅参数系列1
强碱体系反应完成后，将混合液通过0.45μm滤膜过滤，检测溶液中的硅元素浓度，得到硅参数系列1，记为[N1j]。
4)硅参数系列2
利用稀混合酸溶液(30％HF，30％HCl与40％柠檬酸)与滤渣反应，反应完成后，将混合液通过0.45μm滤膜过滤，检测混合酸溶液中的硅元素浓度，得到硅参数系列2，记为[N2i]。
5)反应动力学阶段的特征参数系列1([M1j])
通过公式(2)计算反应动力学阶段的特征参数系列1([M1j])
6)反应动力学阶段的特征参数系列2([M2i])
通过公式(3)计算反应动力学阶段的特征参数系列2([M2i])
表3 记录及计算结果
7)反应界限2和特征反应界限1
如表3所示，特征参数系列1中数值首次出现下降的数据及其对应的反应时间为600分钟，记做特征反应界限2。
特征参数系列2中数值首次大于0.008的数据及其对应的为150分钟，记做特征反应界限1。
8)粉煤灰强碱体系下的各动力学反应阶段。
0-150分钟，化学反应阶段；150-600分钟，快速扩散阶段；600-2880分钟，慢速扩散阶段。
机译： 一种用于磁性/静电/电磁处理当前介质的方法，包括以下三个阶段：处理阶段，混合阶段和应用阶段，该阶段在混合过程阶段中以及与过程分开的阶段中进行划分混合阶段和已划分为混合阶段的应用阶段，应用阶段已划分为混合阶段和已划分为混合阶段和应用阶段的应用阶段划分为过程
机译： 一种生产强碱下磷酸钙或磷酸钙镁的方法，同时强碱金属碳酸盐的良好分离-溶液
机译： 一种在具有耐火性的蒸汽锅炉中，在燃烧温度很高的粉煤灰的情况下燃烧具有高烧结温度的燃料时，防止粉煤灰在管子上飞散的方法。
