硝酸锂-硝酸钾-水体系的等压法活度测定及热力学模拟

摘要

面对能源危机,我们需要寻找更多的可替代能源。通过蓄热技术储存太阳能和工业余热等热能,再进行利用,不仅节约能源,还能保护环境。我国北方地区大面积、长时间地使用锅炉烧暖气给室内供暖,不仅消耗了大量的煤和天然气,还产生大量的有害气体,而我国北方有大部分地区白天日照充足,到了夜晚气温骤降。相变储能材料是一种潜热储能材料,它通过材料的两相变化吸收和释放热量,使用方便且寿命长。因此,我们致力于研究开发廉价、安全的室温相变储能材料,用于这些地区的建筑节能。在各种各样的相变储能材料中,无机水化熔盐类较安全,并且大部分比较廉价。我们从大量无机多元水盐体系中找到新的相变点或者说共晶点温度可能为15～25℃的体系LiNO3-KNO3-M(NO3)n—H2O。为了确定该体系的共晶点温度和组成,我们做了大量的实验和理论研究,研究工作主要包括以下几个方面:
　　 1.等压法测定了KNO3-H2O、LiNO3-H2O和LiNO3-KNO3-H2O体系298.15 K的水活度。离子强度低于6.7 mol·kg-1的部分以NaCl为参考,高浓度部分以H2SO4为参考。在298.15±0.01K的恒温水浴中,精确测定了三个体系完整浓度范围下的水活度。我们还在同样的实验条件下测定了KNO3-H2O体系298.15 K的溶解度和对应的水活度。所有获得的数据都与已有文献数据进行了对比,同时,实验中采用了CaCl2-H2O为第二参考,综合验证了本实验的可靠性。
　　 2.等压法测定了KNO3-H2O、LiNO3-H2O和LiNO3-KNO3-H2O体系273.15 K的水活度。离子强度低于5.6 mol·kg-1的部分以NaCl为参考,高浓度部分以H2SO4为参考,在273.154±0.01 K的恒温浴中(工业酒精和水按1:4混合的溶液),精确测定了三个体系完整浓度范围下的水活度,采用CaCl2-H2O第二参考验证了实验结果的可靠性。
　　 3.选取Pitzer—Simonson—Clegg模型描述了测量的单电解质溶液的水活度实验数据。用PSC模型拟合纯盐水活度实验数据,得到二元模型参数,然后反算水活度,并与实验值进行比较,发现所测的水活度与模型计算值相吻合。
　　 4.选取Pitzer-Simonson-Clegg模型预测和计算LiNO3-KNO3-H2O体系的热力学性质。用PSC模型拟合三元水活度实验数据,得到一套三元模型参数；拟合三元水活度实验数据和等温溶解度实验点,得到第二套三元模型参数。首先,只用二元参数预测LiNO3-KNO3-H2O三元体系的溶解度相图,发现与实验值相差很大,说明二元模型不能够预测三元体系的溶解度性质:然后,用第一套三元模型参数和二元模型参数预测该体系的溶解度相图,仍不能预测得很好,可能因为水活度的测定随黏度的增大产生了一定误差；最后,用第二套三元参数和二元参数计算了该体系的溶解度相图,计算值与实验点一致。所得的参数将用于LiNO3-KNO3-M(NO3)n—H2O体系溶解度相图的预测。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 相变储能材料的国内外研究现状

1.3 课题选择的意义与研究内容

1.4 LiNO3-KNO3-H2O体系热力学性质的研究现状

1.5 电解质溶液的热力学模型

1.5.1 德拜-休克尔强电解质溶液理论模型

1.5.2 Pitzer理论模型

1.5.3 Pitzer-Simonson-Clegg模型

1.6 电解质溶液热力学性质的实验研究

1.6.1 等压法

1.6.2 电动势法

1.6.3 直接蒸汽压法

1.7 Zdanovskii规则

1.7.1 Zdanovskii规则的原理

1.7.2 Zdanovskii规则在等压法中的应用

第2章 等压法测定LiNO3-KNO3-H2O体系298.15K的水活度

2.1 试剂与分析

2.1.1 试剂的提纯

2.1.2 储备液的制备

2.1.3 储备液浓度的分析

2.2 等压实验装置

2.3 测定LiNO3-KNO3-H2O体系298.15 K下的水活度的实验步骤

2.4 等压法测定298.15 K下的水活度的结果与讨论

2.4.1 KNO3-H2O 体系

2.4.2 LiNO3-H2O体系

2.4.3 LiNO3-KNO3-H2O三元体系

2.5 298.15K下KNO3-H2O体系饱和溶液的水活度测定

2.6 小结

第3章 等压法测定LiN03-KN03-H20体系273.15K的水活度

3.1 测定LiN03-KN03-H20体系273.15K的水活度的实验方法

3.2 测定LiN03-KN03-H20体系273.15K的水活度的结果与讨论

3.3 小结

第4章 LiN03-KN03-H20体系的热力学模拟

4.1 用二元参数预测三元体系的等温溶解度相图

4.2 用三元参数预测和计算三元体系的等温溶解度相图

4.3 小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢