化学溶液法

化学溶液法（精选9篇）

化学溶液法 篇1

0 引言

ZnO是一种新型的直接带隙宽禁带半导体材料, 室温下其禁带宽度为3.37eV, 激子束缚能高达60meV, 远大于GaN (25meV) 和ZnSe (22meV) , 能在室温及更高温度下产生近紫外短波激子发光。近年来, 一维ZnO纳米结构因其独特的光学、电学、声学等性质, 在太阳能电池[1,2,3]、紫外激光器[4]、发光二极管[5]、紫外探测器[6]、气体传感器[7]等领域表现出广阔的应用前景, 受到人们的日益关注。ZnO纳米棒具有优异的光学性能和电子输运能力, 将在导电基底上生长的ZnO纳米棒阵列制作成Graetzel太阳能电池的光阳极, 可以加快光生电子-空穴的分离速度, 大大减少其复合, 从而提高光电转换效率[8], 极大地推动了在固体基底上制备定向生长ZnO纳米棒阵列的研究。

目前, 制备ZnO 纳米棒阵列的方法有很多, 如化学气相沉积法[9]、热蒸发法[10]、电化学沉积法[11]、模板法[12]等, 然而这些方法均需专门的设备, 成本较高且生长过程复杂, 不利于大面积制备。相对而言, 化学溶液沉积法具有反应温度低, 操作简便, 无需借助任何模板、表面活性剂及外加电场, 易于大面积成膜等优点。本实验采用简单的化学溶液沉积法, 在预先修饰ZnO纳米粒子膜的FTO导电玻璃基底上制备生长较为致密、取向性较好的ZnO纳米棒阵列, 探讨了生长液浓度对ZnO纳米棒阵列形貌和光学性能的影响。

1 实验

首先, 将FTO导电玻璃裁成2.5cm×2.5cm的小片, 分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗30min, 再在低温下烘干, 待用。将一定质量的二水合乙酸锌溶解在乙二醇甲醚中, 加入与二水合乙酸锌等物质的量的乙醇胺, 在60℃磁力搅拌30min, 形成Zn2+浓度为0.75mol/L的透明溶胶。将洗净的基片导电面朝上吸附在匀胶机的真空吸盘上, 向其滴加所配置的溶胶, 在2500r/min的转速下旋涂30s。然后将旋涂好的基片在450℃电炉中热处理2h, 即在基底上得到一层ZnO纳米粒子膜。

将六水合硝酸锌 (Zn (NO3) 2·6H2O) 和六亚甲基四胺 (C6H12N4) 以等物质的量比混合, 按Zn2+浓度分别为0.025mol/L、0.05mol/L和0.075mol/L配置成生长溶液。将上述经ZnO纳米粒子膜修饰的衬底完全浸没于配置好的生长液中, 在90℃保温3h。样品取出后, 用去离子水反复冲洗以去除多余的离子和胺盐, 在空气中晾干以备表征。

采用D/MAX-2550 X射线衍射仪 (辐射源 Cu 靶, Kα线, λ=0.154056nm) 分析样品的晶体结构。采用FEI的Quanta 450型场发射扫描电子显微镜观察样品的微观形貌。采用Perkin Elmer Lambda 750紫外可见分光光度计测试样品的透射光谱 (波长范围为300～800nm) 。采用 Hitachi F-7000荧光分光光度计 (激发光源 Xe 灯, 激发波长325nm) 研究样品的光致发光性能。

2 结果与讨论

2.1 XRD分析

图1为经ZnO纳米粒子膜修饰后在FTO基底上生长的ZnO纳米棒阵列的典型XRD衍射图。由图1可知, 生成的ZnO纳米棒为六方纤锌矿结构 ( JCPDS NO.36-1451) 。相对于粉体ZnO标准衍射图, 本实验制备的ZnO纳米棒阵列只出现了ZnO晶体 (002) 、 (103) 和 (004) 晶面的衍射峰, 且 (002) 晶面的衍射峰强度远大于体相材料, 表明ZnO纳米棒阵列具有高度的取向性, 即沿c轴择优取向生长。其它样品的XRD衍射图与此类似。

2.2 形貌分析

图2是不同生长液浓度下制备的ZnO纳米棒阵列的SEM图。从图2中可以看出, 在经ZnO纳米粒子膜修饰的FTO导电玻璃基底上, ZnO纳米棒阵列在大范围内生长较为致密均匀、取向性较一致, 纳米棒的顶端呈六方形。图2 (a) 单根ZnO纳米棒的直径在30～50nm之间, 平均直径大约是40nm, 随着生长液浓度的增加, ZnO纳米棒的直径逐渐增大, 从约40nm (图2 (a) ) 增大至110nm (图2 (c) ) 。另外, 从图2中还可以看出, 随着直径的增大, ZnO纳米棒阵列的有序性也有所改善。这可能是当生长液浓度较大时, 棒晶簇拥紧密, 易于直立, 从而使ZnO纳米棒阵列的有序性有所提高。说明生长液浓度对ZnO纳米棒的直径和取向性有较大影响, 即可以通过改变生长液浓度来实现对ZnO纳米棒阵列形貌的调控。

2.3 透射光谱分析

图3为300～800nm波长范围内, 在FTO导电玻璃上得到的不同生长液浓度下的ZnO纳米棒阵列的光学透射谱。由图3可知, 在400～800nm可见光波长范围内, 各ZnO纳米棒阵列均具有很高的光学透过率 (>85%) 。当浓度为0.025mol/L时, ZnO纳米棒阵列在可见光区的平均透光率达到93%, 随着生长液浓度的增加, ZnO纳米棒阵列在可见光区的透光率逐渐下降。显然这是因为ZnO纳米棒直径增大致使ZnO纳米棒阵列薄膜变得更加致密所造成的。

2.4 光致发光谱分析

图4为不同生长液浓度下, 在FTO导电玻璃上制备的ZnO纳米棒阵列的室温光致发光谱。从图4中可以看出, 采用化学溶液沉积法制备的ZnO纳米棒阵列, 在378nm有很强的紫外发射峰, 同时可以看到在469nm有微弱的蓝光发射峰, 在538nm有较宽的绿光发射峰。通常认为, 紫外发射峰是由近带边的自由激子复合引起的[13]。绿光的发射与ZnO纳米棒阵列膜的内部缺陷有关, 缺陷浓度决定绿光的发射强度。由图4可知, 随着生长液浓度的增加, 绿光发射强度逐渐增强, 表明ZnO纳米棒阵列的晶体缺陷逐渐增多。位于469nm附近的蓝光发射峰, 其发光机理不十分清楚, 可能是由Zn2+空位引起的[14]。随着生长液浓度的降低, ZnO纳米棒阵列的缺陷将大幅度下降。

3 结论

本实验采用简单的化学溶液沉积法, 在预先修饰ZnO纳米粒子膜的FTO导电玻璃基底上制备了生长较为致密、取向性较一致的ZnO纳米棒阵列, 通过改变生长液的浓度, 可以实现对ZnO纳米棒阵列形貌的调控。ZnO纳米棒为六方纤锌矿相, 沿[2]晶向择优取向生长。透射光谱显示, 所制备的ZnO纳米棒阵列在可见光区均具有很高的光学透光率 (大于85%) , 随着生长液浓度的增加, ZnO纳米棒阵列在可见光区的透光率逐渐下降。光致发光谱显示, ZnO纳米棒阵列具有良好的发光性能, 在378nm有很强的紫外发射峰。研究证明, 随着生长液浓度的降低, ZnO纳米棒阵列的缺陷将大幅度下降。

化学溶液法 篇2

班级 三<2>学生姓名 周啸

1糖与盐分别在水中溶解无敌实验。

方案A

实验步骤：①取两个相同干净空烧杯并分别命名甲、乙，烧杯中分别倒入等质量、等初温的水；

②在甲乙烧杯中分别加入少量且等量的糖和盐，用甲乙两支玻璃棒分别搅拌足够时间；

【现象：两烧杯中所加入固体溶质完全溶解】

③重复步骤②，直至某个烧杯中有固体溶质在搅拌充分后仍不溶解.【现象：加盐的乙烧

杯中首先出现不溶解现象】

实验结论：在等质量同温度水中糖的最大溶解量大于盐.方案B

实验步骤：①取两个相同干净空烧杯并分别命名甲、乙，烧杯中分别倒入等质量糖与盐；②在甲乙烧杯中分别加入少量且等量同温度的水，用甲乙两支玻璃棒分别搅拌足够时间；

【现象：两烧杯中仍有固体不溶解】

③重复步骤②，直至某个烧杯中有固体溶质在搅拌充分后完全溶解.【现象：加糖的甲烧杯

中首先出现完全溶解现象】

实验结论：在等质量同温度水中糖的最大溶解量大于盐.II 水中糖的最大溶解量与温度关系无敌实验。

方案A

实验步骤：①取两个相同干净空烧杯并分别命名甲、乙，烧杯中分别倒入等质量的水，甲

烧杯在常温环境下放置，乙烧杯通过水浴法加热使水温恒定较高；

②在甲乙烧杯中分别加入少量且等量的糖，用甲乙两支玻璃棒分别搅拌足够时间；【现

象：两烧杯中所加入固体溶质完全溶解】

③重复步骤②，直至某个烧杯中有固体溶质在搅拌充分后仍不溶解.【现象：甲烧杯中

首先出现不溶解现象】

实验结论：水温越高，在等质量水中糖的最大溶解量越大。

方案B

实验步骤：①组装加热装置（在家中使用电磁炉加热），放置一烧杯在加热装置上.②在烧杯中加入适量水，再少量多次的加入糖并搅拌，直至糖完全溶解，此时再加入一些

糖.③开始加热，并缓慢搅拌。【现象：在常温下已不能再溶解的那部分糖在加热条件下开始溶

解】

实验结论：水温越高，在等质量水中糖的最大溶解量越大。

III胡萝卜汁与紫包菜水分别加入食醋与纯碱的无敌实验。

胡萝卜汁加食醋后一段时间颜色变浅；

胡萝卜汁加纯碱后颜色变红；

紫包菜水加食醋后一段时间后变红；

化学溶液法 篇3

钙钛矿型复合氧化物具有结构、组成的多样性和高度可调变性,在众多领域中呈现出良好的应用前景。A2B′B″O6双钙钛矿氧化物在超导[1]、巨磁阻[2]和多铁性[3]等方面有着重要应用,近年来已成为材料科学的重要研究对象。两种B位离子电荷和半径差异及制备方法的不同, 亦可能导致B位离子的有序排列,且B位离子排列方式、有序-无序转变及有序程度与材料性质有着密切关系[4,5]。因此, 双钙钛矿氧化物的研究不仅具有重要的应用价值,亦可能为实现无机功能材料的设计提供重要依据。自从1998年K. I. Kobayashi等发现双钙钛矿型氧化物Sr2FeMoO6在室温下表现出10%的隧穿型磁电阻(TMR)效应以来[3],这类A2B′B″O6型氧化物材料在磁电阻效应研究中脱颖而出,双钙钛矿型氧化物被视为最可能在室温下使用的磁电阻材料之一,因此物理学界对其相关体系材料的电磁输运性质展开了广泛的研究[6,7]。Anderson等[4,8]研究了B位离子在双钙钛矿型化合物结构里的排列方式。他们合成了一系列Ln2CuMO6化合物(Ln是稀土元素,M是Ti、Zr、Pb、Mn等),La2CuMnO6就是其中的一种,它可以被看作是LaMnO3中的Mn原子被Cu原子部分替换。这样的替换似乎很有发展前景,因为含Cu的氧化物具有很好的催化[9,10]、传感[11]及令人感兴趣的电学性能[12]。

钙钛矿锰氧化物的多晶样品通常采用固相反应法制备[4,13]。例如,Anderson等以La2O3、CuO和MnO2为原料(纯度为99.9%),按物质的量比2∶1∶1称量、混合、研磨,在1100℃反应168~504h制备出了La2CuMnO6[9]。但是,这种传统的制备方法温度高、时间长,不利于样品颗粒尺寸的控制、复合和掺杂。相比较而言,化学溶液法具有以下优点:成本低、操作简单、反应时间短和成相温度低,材料中各元素的化学计量比和组分易控制,可实现溶液中各组分分子水平的均匀混合,制得的粉体纯度高、均匀性好,晶粒分布均匀致密。亓淑艳等用化学溶液法(溶胶-凝胶法)制备了稀土锰氧化物钙钛矿材料La0.5Sr0.5Mn1-xCoxO3(x=0.1~0.5)的一系列样品,并研究了样品的磁性[14]。D.Kovacheva等用溶胶-凝胶法在不同衬底上制备出了LaCu0.5Mn0.5O3(100~200nm)薄膜[15],发现所制得的薄膜都是单相多晶的,没有单一的晶格取向,薄膜在Al2O3衬底上呈现出细微的微粒结构、较大的比表面和好的粘合性,有可能作为合适的传感器和催化剂。

目前,很少有研究者用化学溶液法制备La2CuMnO6粉体和块状材料。鉴于化学溶液法的诸多优点,采用该法制得的La2CuMnO6材料的一些性能必将得到改善。本实验利用化学溶液法在低温短时间热处理制备了纯单相La2CuMnO6材料,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)表征样品的相组成和形貌结构,探讨了化学反应法和固态反应法对获得的单相La2CuMnO6在热处理条件和形貌结构上的差异。

1 实验

1.1 样品的制备

采用固相反应法合成La2CuMnO6。以La2O3、CuO和MnO2为原料(纯度均为99.9%),按物质的量比2∶1∶1称量、混合、研磨,经过1000℃/24h处理后取出,再仔细研磨,混合充分,采用1100℃/24h、1100℃/72h、1200℃/24h和1300℃/24h 不同热处理工艺对混合样品进行处理,得到相应的La2CuMnO6样品。以1100℃/72h、1300℃/24h热处理得到的样品作为参考样品。

采用化学溶液法合成La2CuMnO6。以La(CH3COO)3·1.5H2O(99.9%, Alfa)、Cu(CH3COO)2·1.0H2O (99.9%, Alfa)和Mn(CH3COO)2·4.0H2O(99.9%, Alfa)(所有样品的结晶水含量均通过TG分析确定)为前驱体,按镧、铜、锰物质的量2∶1∶1的计量比称量、混合,加入丙酸,搅拌2h得到暗绿色清亮溶液,总离子浓度为1.0mol/L。溶液进行蒸发、浓缩,所得溶胶于80℃干燥24h,得到前驱体粉末(取出少量凝胶态样品用于TG-DSC分析),研磨后进行500℃/3h预处理。再次研磨,在800~1200℃处理3h,在空气气氛中烧结,得到相应的La2CuMnO6样品(部分为块材)。

1.2 样品的表征

采用美国TA公司Q1000DSC+LNCS+FACS Q600SDT型热分析)仪对凝胶态的前驱体混合物进行热重分析,氮气气氛,流量50mL/min, 升温速率10℃/min,研究粉体的晶化过程,确定晶化温度。采用日本理学公司D/Max2550VB+/PC型X射线衍射仪进行样品的相组成分析,CuKα 辐射,波长0.15418nm,扫描速率10°/min,扫描范围20~80°,管电压40kV,管电流50mA。采用FEI公司Quanta 200 型扫描电子显微镜(SEM)和微探针(EDX)观察块材试样的粒度分布和微区成分。

2 结果与讨论

2.1 La2CuMnO6(固态反应法)的XRD分析

利用固态反应法制备的La2CuMnO6粉末的XRD图谱如图1所示。从图1中可以看出,采用5种不同温度热处理都获得了La2CuMnO6的结构且为主相,但在1000℃/24h、1100℃/24h和1200℃/24h制备的La2CuMnO6粉末中都存在少量的La2CuO4相和其它杂相。在1100℃/72h 和1300℃/24h制备的La2CuMnO6粉末中La2CuO4相的相对含量较少,主要是立方相的La2CuMnO6。

2.2 化学溶液法前驱体的TG分析

图2所示为凝胶态前驱体在室温至1000℃升温过程中的TG-DSC曲线。

可以看出,前驱体混合物的失重主要分为以下几个阶段:第一阶段从室温到238℃样品约有18.14%的失重,这一过程主要是溶剂丙酸的挥发和3种前驱体中结晶水的失去;第二阶段在238~407℃范围内,有明显的失重现象,大约有41.06%的失重,这一过程主要是由3种金属有机盐的热分解引起的;第三阶段在407~800℃过程中,样品约有6.28%失重,可能缘于氮气环境中高温下体系晶格氧的逸失。800℃以后没有出现失重现象。从热分析结果可以推断,热处理温度在800℃以上, La2CuMnO6相开始形成,说明此后已进入成相阶段。因此,选择在800℃、900℃、1000℃、1100℃和1200℃分别对样品进行热处理,确定最佳的热处理温度。

2.3 La2CuMnO6(化学溶液法)的XRD分析

图3为前驱体经过3h不同温度热处理后样品的XRD图谱。由图3可以看出,在不同热处理温度得到的样品中,La2CuMnO6均为主相。800℃制备的La2CuMnO6粉末中存在明显的La2CuO4相和其它杂相。900℃时杂相已消失,形成立方相的La2CuMnO6。显而易见,利用化学溶液法较传统的固态法获得La2CuMnO6单相的温度低、时间短。

2.4 La2CuMnO6的SEM分析

图4为固态反应法1100℃/72h处理获得的La2CuMnO6 块材的SEM图。从图4可以明显看出,晶粒尺寸不均匀,不致密,最小晶粒约为200nm,而最大晶粒尺寸超过了1000nm,平均晶粒尺寸为 500nm。根据Scherrer公式[16],晶粒尺寸L可以表示为L=Kλ/(bcosθ),其中K为常数,近似取为1,λ是X射线波长,θ是衍射角,b是由于小晶粒尺寸导致的衍射峰展宽。对1100℃/72h烧结的块材样品进行粒径计算,结果表明粒子平均尺寸约为500nm,与图4的SEM结果基本一致。

图5是采用化学溶液法800℃/1h预处理,压块,再经900℃/3h热处理获得的La2CuMnO6块材的SEM图谱。从图5可以明显地看出,晶粒分布均匀致密,平均晶粒尺寸约为200nm,说明制备La2CuMnO6时采用化学溶液法增加了反应活性,加速了材料中的原子扩散过程。根据Scherrer公式,对900℃/3h烧结的块材样品进行粒径计算,结果表明粒子平均尺寸约为200nm,与图5的SEM结果基本一致。显然,用化学溶液法制备的La2CuMnO6块材比用固态反应法制得的块材致密均匀,晶粒小,因此其性能将会得到明显的改善[17]。

3 结论

初三下册化学溶液教学反思 篇4

本节课由历史故事郑和下西洋的故事引海中溶解了许多物质，它是种混合物。海是种溶液。通过蔗糖溶解的实验进步让学眼观察溶液形成的整个过程。由现象分析溶液形成的围观原理：蔗糖表的分在分的作下，逐步向扩散，最终蔗糖分均地分散到分中间，形成种混合物——蔗糖溶液。举反三，让学从宏观和微观两个度分析盐的溶解。

溶液是常见的类物质，与学的活密切相关，所以从学熟悉的物质，通过对熟悉的物质的分析归纳，将学对溶液的感性认识上升到理性知识。溶解过程的微观理解较抽象，多媒体辅助教学帮助学理解，更加直观。在活中的溶液的讨论环节要让学充分认识到溶液在产活中的作，认识到化学学科的社会意义，激发了学学习的兴趣。乳浊液及乳化现象教材介绍的较简单，所以组织学通过阅读教材学，培养学的学能。教材中的很多内容都是在学的探究活动中完成的，这样便可以励学参与，励学交流，培养了学观察、记录、分析实验现象的能。

但是学对溶剂的判断上有时候还会出错，所以还要加强练习，直掌握本节课的内容。

溶液法丁基橡胶的补强体系研究 篇5

丁基橡胶的生产工艺有淤浆法与溶液法两种。溶液法IIR生产工艺相比淤浆法IIR具有:1) 运转周期长;2) 溶剂安全环保;3) 卤化工艺简易;4) 反应温度相对提高, 能耗低的特点。世界上只有俄罗斯陶里亚蒂合成橡胶公司一家拥有该技术, 于1982年建成装置, 年生产3.5万t丁基橡胶, 产品主要用于汽车轮胎内胎等领域, 并计划扩建至10万t, 产品用于市场多年[4]。为了提高丁基橡胶轮胎的磨耗性能, 在橡胶中加人炭黑, 不但能够降低成本, 减少橡胶用量, 却能够获得同样的机械性能, 而且通过添加炭黑, 可提高轮胎等制品的耐磨性, 从而延长轮胎的使用寿命[5]。粉体填料的粒度小, 微孔多, 表面有大量的活性基团, 表面活性高, 与橡胶有很高的相容性。炭黑和白炭黑是重要的补强填料, 关于炭黑对橡胶补强作用的研究已有一系列文献报道, 但关于炭黑和白炭黑复配对丁基橡胶补强方面的文献报道较少[6,7]。

以补强体系作为研究对象, 分别考察了炭黑N330、N550、N660及其用量, 以及炭黑 (N330) 与白炭黑复配时对溶液法IIR主要力学性能的影响, 找出了针对溶液法IIR的合适的补强体系。

1实验部分

首先考察了炭黑品种及其用量对溶液法IIR性能的影响, 在IIR中分别加入炭黑N330、N550、N660, 比较力学性能, 选择效果好的N330, 然后考察炭黑用量为30～70质量份时的效果, 以及白炭黑复配对溶液法IIR性能的影响。实验是在开炼机温度40℃下, 按照配方中的先后顺序加料。

1.1原料

丁基橡胶:溶液法工业品, 市售工业级;硫磺:分析纯, 贵州宏泰化工有限责任公司;201树脂 (松香改性酚醛树脂) :分析纯, 津南大化工厂;炭黑:分析纯, 山西远征化工有限责任公司;白炭黑:沉淀法, 山东海化股份有限公司;其他试剂均为工业品。

1.2仪器设备及测试方法

门尼粘度计 MN-2000, 上海D&G仪器设备有限公司, 门尼粘度执行标准GB/T 1232.1-2000;无转子硫化仪 GT-M2000A , 高铁检测仪器有限公司, 硫化特性执行标准GB/T 16584-1996;拉力试验机 GT-TCS-2000, 高铁检测仪器有限公司, 拉伸性能按照GB/T528-1998测试, 试样厚2mm, 形状为1号哑铃状试片, 拉伸速度为500mm/min;邵氏橡胶硬度计 LX-A型, 江都市明珠试验机械厂, 邵尔A硬度测量执行标准GB/T531-1999;气动冲片机 MZ-4102B 江都市明珠试验机械厂;双辊筒开炼机S (x) K-160A, 湖州宏桥橡胶机械有限公司;平板硫化机XLB-D400×400, 浙江湖州东方机械有限公司, 硫化工艺执行标准GB/T 6038-93。

2结果与讨论

2.1炭黑对溶液法IIR力学性能的影响

2.1.1 炭黑品种对溶液法IIR性能的影响

炭黑品种是影响丁基胶性能的重要因素, 炭黑种类不同, 其粒径不同, 比表面积不同, 在胶料中的分散状态不同, 对橡胶的补强作用也不同。在标准配方下, 考察3种常用炭黑对丁基胶性能的影响, 结果见表1。

配方/份:溶液法IIR 100, 硬脂酸1, ZnO 3, TMTD 1, S 1.75, 炭黑50。

炭黑补强橡胶时, 由于炭黑表面的精细结构, 橡胶分子以牢固的次价力或分子间作用力与炭黑结合在一起, 且随着炭黑粒径的减小, 物理交联密度增加的幅度增大。物理交联密度主要包括混炼胶中大分子的缠结, 填料之间的相互作用以及填料与橡胶之间的相互作用。从表中1可以看出, 填充N330的胶料有较高的撕裂强度、拉伸强度和扯断伸长率, 主要是由丁基橡胶与炭黑之间的物理交联密度增加引起的。在所研究的3种炭黑中, 其粒径大小顺序为N660>N550>N330。一般来说粒径越小, 比表面积越大, 活性点越多, 结合橡胶数量越多, 力学性能也就越好。结构性高的炭黑如N330, 粒径最小, 因此经其补强的丁基橡胶有较高的撕裂强度、拉伸强度和扯断伸长率;而N550和N660结构性低的炭黑粒子, 因为炭黑粒径较大, 比表面积较小, 所以吸附在丁基橡胶大分子链上的炭黑粒子较少, 在橡胶中的分散性差, 容易形成尺寸较大的炭黑聚集体, 损害了橡胶的力学性能。N330是应用最为广泛的高耐磨型炭黑, 补强性能良好, 能赋予胶料较好的强拉伸性能、抗撕裂性能、耐磨性和弹性[8]。

2.1.2 炭黑用量和硫化体系对丁基胶性能的影响

采用炭黑N330, 考察不同炭黑用量和硫化体系对丁基胶性能的影响, 结果见表2。

硫黄硫化体系: 配方/份:溶液法IIR 100, 硬脂酸 1, ZnO 3, TMTD 1, S 1 .75, 炭黑 (变量) 。

树脂硫化体系:配方/份:溶液法IIR 100, 硬脂酸1 , ZnO 5 , 树脂201 12, ZDA 5, 炭黑 (变量) 。

在胶料中加入炭黑进行混炼时, 线性橡胶分子受炼胶机的机械剪切作用, 分子链缠绕在炭黑突出的纳米结构上。硫化时, 这些线性橡胶分子交联生成三维网络结构, 把炭黑网在中间, 橡胶分子网上的分子链则无规则地“挂”在炭黑的纳米结构上, 并呈现出各向同性分布。橡胶靠炭黑的纳米结构所赋予的对橡胶分子链活动范围的限制来抵御外力的作用, 从而使橡胶制品获得较高的300%定伸应力和拉伸强度, 即炭黑对橡胶产生了补强作用。从表2可以看出, 随着炭黑用量的增加, 硫化胶的永久变形增大, 但炭黑用量超过50份后开始逐渐减小;撕裂强度、硬度邵尔A、100%定伸和300%定伸逐渐增加, 扯断伸长率减小;硫磺硫化体系的永久变形则先增大而后减小, 而树脂硫化体系不断增大。正好相反, 硫磺硫化体系拉伸强度不断增大, 而树脂硫化体系先增大后减小。因为树脂硫化和硫黄硫化2种交联类型不同所致, 树脂硫化交联键主要是碳碳键或碳氧键, 而硫黄硫化主要为双硫键或单硫键, 所以树脂硫化的交联网络更加致密, 填充胶的硬度更高[9]。随着添加炭黑用量的增加, 丁基橡胶的硬度不断增大, 说明炭黑在橡胶中均匀分散能提高橡胶制品的硬度。综合看来树脂体系炭黑50份时, 综合性能较好。树脂类硫化体系的硫化胶耐高温性优异, 可用于硫化水胎、隔膜、硫化胶囊等制品。

2.2白炭黑对IIR性能的影响

白炭黑作为仅次于炭黑的补强填料, 可提高橡胶的物理性能和降低成本。通常, 两者复配, 能起到更好的补强效果, 见表3。

配方/份:溶液法IIR100, 硬脂酸 1, 氧化锌 5, 环烷油 20, 白炭黑 (变量) , N330 20, N550 30, TMTD 1, S 1.5, ZDC 1。

从配合的角度看, 双相填料与相同含量的白炭黑和炭黑物理混合物相比, 聚合物—填料间的相互作用较高, 填料—填料间的相互作用较低, 使得填充后的弹性体具有一系列优异性能。采用白炭黑与N330进行复配, 在标准配方下考察白炭黑及其用量对IIR性能的影响, 实验结果见表3。添加白炭黑作为复配补强填料, 橡胶与填料表面形成“有机高聚物-无机填料复合材料”, 补强能力的大小是丁基橡胶与炭黑和白炭黑3种不同性质的物质通过复合界面之间相互作用的宏观表现。从表3中数据可以看出, 当保持填料总量不变, 仅改变炭黑 (N330) 和白炭黑的加入比例, 当白炭黑用量为10～20份时, 白炭黑均匀分散于丁基橡胶分子中, 扯断伸长率逐步提高, 拉伸强度最大。进一步增加白炭黑用量, 拉伸强度和撕裂强度均开始减小。由于白炭黑表面含有亲水性硅醇基团对促进剂有强烈的吸附作用, 会延迟硫化, 使硫化时间变慢[10]。因此, 通过综合考虑本实验选择炭黑与白炭填充比为30/20时为最佳复配比。

3结论

1) 填充N330的胶料与填充N550和N660的胶料相比, 有较高的撕裂强度、拉伸强度和扯断伸长率, 随着炭黑填充量的增加, 胶料的力学强度和定伸应力增加, 扯断伸长率降低, 填充50份炭黑时, 补强效果较好。

2) 硫黄硫化体系补强效果好, 但永久变形大, 而树脂类硫化体系的硫化胶耐高温性优异, 可应用于硫化水胎、隔膜、硫化胶囊等制品。

3) 白炭黑的加入可以提高溶液法IIR的撕裂强度, 降低定伸应力, 白炭黑较佳的加入量为10～20份, 20份时拉伸强度和撕裂强度最大。

摘要：对溶液法丁基橡胶补强体系进行了研究, 考察了炭黑N330、N550、N660对溶液法丁基橡胶的影响, 结果N330比其他两种炭黑有更好的补强性能, 用量为50质量份时, 补强效果最好。当N330与白炭黑复配时, 补强效果更为显著, 白炭黑最佳用量在10-20质量份。同时, 对于溶液法丁基橡胶, 树脂硫化体系比硫黄硫化体系的硫化效果好。

关键词：溶液法丁基橡胶,IIR,补强体系,树脂硫化体系,硫黄硫化体系

参考文献

[1]谢遂志, 刘登祥, 周呜峦.橡胶工业手册 (第一分册) [M].北京:化学工业出版社, 1989.

[2]梁星宇.IIR应用技术[M].北京:化学工业出版社, 2004.

[3]程继刚.丁基橡胶的配方设计要点[J].橡胶工业, 1995, 42 (11) :670-671.

[4]王冰, 张鹏飞.IIR聚合反应技术[J].石化技术, 2007, 14 (2) :64-68.

[5]王作龄.IIR配方技术[J].合成橡胶工业, 1999, 26 (1) :49-55.

[6]Wang Meng Jiao, Lu Sharon X, Mahmud Khaled.Carbon-silica dual phase filler, a new-generation reinforcing agent for rubber.Part VI.Time-temperature superposi-tion of dynamic properties of carbon-silica-dual-phase-filler-filled vulcani-zates[J].Journal of Poly-mer Science (Part B) :Polymer Physics, 2000, 38 (9) :1240-1249.

[7]李颀, 赵素合, 焦海全, 等.炭黑-SiO 2双相纳米填料的制备、结构及其填充溶聚丁苯橡胶的性能[J].合成橡胶工业, 2006, 29 (6) :454-457.

[8]臧亚南, 刘琼琼.炭黑/白炭黑双相填料补强B l l a/P P热塑性弹性体的性能研究[J].弹性体.2011, 21 (03) :19-21.

[9]郭建华, 罗全焜.炭黑填充IIR胶料耐热老化性能的研究[J]合成材料老化与应用, 2001, 15 (2) :13-16.

化学溶液法 篇6

对于非金属高分子树脂材料, 在高温条件下的化学镀镍操作会引起基体的变形和改性;因此有必要开发面向树脂的低温化学镀镍工艺, 而目前在该方面的研究还很少。本文旨在通过对镀液组成和操作工艺条件系统研究, 以获得镀层性能良好、实际可行的基于树脂的低温化学镀镍工艺, 为树脂的进一步开发和使用奠定良好的基础。

2 实验部分

2.1 试样:

普通树脂, 规格为10mm×10mm×2mm。

2.2 镀镍溶液及工艺条件

化学镀溶液由主盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、稳定剂、促进剂等组分组成。根据上述对各组分的分析以及文献的参考, 综合国内外有关研究结果, 制订出低温化学镀镍的基础镀液组分为:

硫酸镍, 35g/L;次亚磷酸钠, 35g/L;乳酸钠, 25g/L;三乙醇胺, 10m L/L;氯化铵, 25g/L;用氨水调节p H为9, 温度40℃。

实验中所用试剂均为分析纯试剂, 且配制时均采用蒸馏水。

2.3 测试方法

2.3.1 沉积速率测试

采用称重法, 用电子天平准确测量试样施镀前后重量, 按下式计算沉积速度。

式中:δ (μm/h) , 镀层的平均厚度;M1 (g) , 施镀前重量;M2 (g) , 施镀后重量;ρ (g/cm3) , 镀层金属密度;S (cm2) , 镀层的表面积;t (h) , 施镀时间。

2.3.2 镀层P含量的测试

采用EPMA 1600型电子探针仪测定镀层含量。

3 结果与讨论

在镀液基础配方基础之上, 其他组分及工艺条件不变的情况下, 分别讨论硫酸镍、次亚磷酸钠、络合剂、p H值、温度对镀层沉积速度和镀层中含磷量的影响, 确定了树脂低温化学镀镍最佳的溶液及工艺条件。

3.1 工艺条件对沉积速度的影响

3.1.1 次亚磷酸钠浓度对沉积速度的影响

次亚磷酸钠作为镀液中的还原剂, 把镍离子还原成金属镍, 同时使镀层中含有磷。在硫酸镍浓度为35g/L的工艺条件下, 研究了次亚磷酸钠的含量对沉积速度的影响, 如图1所示。

从图中可以看出, 当次亚磷酸钠浓度在20~30g/L时, 沉积速度增加很快;在30~35g/L时, 沉积速度增加缓慢;当次亚磷酸钠浓度增加至40g/L时, 沉积速度下降。因此次亚磷酸钠的最佳浓度范围是30~35g/L。

3.1.2 温度对沉积速度的影响

温度是影响化学反应动力学的重要参数, 随着温度增加, 反应活性加强, 反应正向移动。在其它条件不变的情况下, 施镀温度对沉积速度有很大的影响。温度升高, 沉积速度也随之增加。这是因为温度升高, 镀件表面催化活性点数目增加, 金属离子的沉积速度加快, 因而镀层的沉积速度增大。但实验过程中发现, 温度过高, 镀液稳定性会降低, 在烧杯底部以及烧杯壁上沉积较多的镀层, 镀层质量反而下降。可能的原因是当温度过高时, 沉积速度加快, 反应产生的气体来不及从镀层中完全析出, 镀层出现鼓泡, 甚至成片剥落, 镀覆均匀性下降。而且温度过高也不适合低熔点易变形的树脂等非金属材料。

反之, 在适当低的温度下, 反应产生的气体有足够的时间形成独立的小气泡逸出。但由于随着温度降低, 沉积速度显著下降, 因此, 本工艺操作温度控制在40~45℃。

3.1.3 p H对沉积速度的影响

p H值对沉积速度的影响如图3所示。

当p H<9.5时, 随着p H值的升高, 沉积速度加快;当p H>9.5时, 沉积速度下降。可能是因为p H值过高, 镍的络合物被破坏, 使镀液中镍离子浓度急剧降低, 使得沉积速度下降。因此, 镀液的最佳p H值是9.0~9.5。

3.2 工艺条件对镀层P含量的影响

3.2.1 次亚磷酸钠浓度对镀层P含量的影响

次亚磷酸钠作为还原剂, 其在溶液中含量的多少直接影响镀层的磷含量, 对镀层磷含量的影响也是最大的。图7是镀液中次亚磷酸钠浓度对镀层中磷含量的影响曲线。

由图可知, 镀层中的含P量随次亚磷酸钠的浓度的增加而上升。

3.2.2 温度对镀层中P含量的影响

图4是温度变化对镀层中磷含量的影响曲线。

由图可知, 在40℃时, 镀层中磷含量达到最大值;超过40℃时, 随着温度的升高, 镀层中磷含量却下降。

4 结束语

通过试验研究各工艺参数对沉积速度以及镀层中P含量的影响, 在综合考虑主盐、还原剂、温度、络合剂的基础上, 树脂表面的最佳化学镀镍配方及工艺条件为:硫酸镍30~35g/L;次亚磷酸钠30~35g/L;乳酸钠20~30g/L;三乙醇胺10~15ml/L;氯化按30g/L;p H9.0~9.5;温度40~45℃。

参考文献

[1]廖西平;夏洪均, 化学镀镍技术及其工业应用.重庆工商大学学报 (自然科学版) 2009, 26 (4) , 399.

[2]胡信国;张钦京, 化学镀镍技术的新进展.新技术新工艺2001, 2 (35.37) , 3.

[3]周荣廷, 化学镀镍的原理与工艺.国防工业出版社:1975.

化学溶液法 篇7

关键词：一次性,商品溶液,性能,周期性,经济

0 前言

化学镀镍是一种镍的自催化还原工艺, 始于20世纪40年代, 在70年代后随着现代科学技术和工业的飞速发展而广泛应用于航空航天、汽车、电子、化学、石油、核能、食品加工、采矿、军事等工业。进入21世纪, 化学镀镍技术成熟、性能稳定, 已经朝向环保、经济、商品化、周期使用的方向发展。

目前, 市场上有多种化学镀镍商品溶液, 如深圳方实公司的FS2000无电沉积镍溶液、安美特公司化学镀镍商品溶液nickem1127、GL-EN101光亮中磷化学镀镍商品溶液等。这些商品溶液性能稳定, 而且可以周期性使用, 相比自配一次性溶液, 用料少、产生废液少, 既节约经济成本, 又具有良好的环保效益, 是21世纪化学镀镍工艺发展的主流。

综合上述情况, 为了改变我们单位自配一次性化学镀镍溶液性能不稳定 (容易发生自分解反应) 、污染环境的现状, 我们引入上述几种化学镀镍商品溶液进行周期性对比试验, 从而选择最佳的商品溶液, 应用于生产实际, 获得良好的经济和环境效益。

1 试验部分

1.1 深圳方实公司FS2000无电沉积镍溶液的周期性试验

该溶液配方及使用方法如下:

M、A、B、C四种试剂, 槽液温度 (82-94) ℃, 镍离子含量应为 (4.3-5.2) g/L, p H应为4.4-4.8。M、A为开缸剂, 周期使用应通过分析补加A、B、C。溶液每消耗0.5g/L的镍, 应补充A、B、C各5.5m L, 添加比例为1∶1∶1。

我们买来这四种试剂, 按要求配制溶液、调节p H、加热到指定温度。试片化学镀镍1h, 得到外观光亮细致, 镀层效果良好。但该溶液的周期性使用存在两大困难: (1) 需要补加A、B、C三种溶液, 补加成分多, 成本高, 操作使用繁琐; (2) B、C两种溶液采购试验不方便, 试验周期无法满足。出于以上两个原因, 通过参加安美特化学有限公司的活动, 联系了新的化学镀镍商品溶液。

1.2 安美特化学镀镍商品溶液nickem1127周期性试验

该溶液的配方及使用方法如下:

A、B为开缸剂, 周期使用需依据分析结果按1∶1补充A和C。槽液温度 (85-91) ℃, 镍离子含量为 (5.4-6.6) g/L, p H应为4.6-5.0。

我们买来A、B、C这三种试剂, 按给定比例配制溶液, 调节p H, 加热到指定温度, 化学镀镍1h, 试验结果镀层光亮、均匀、细致, 效果良好。但经测厚度, 只有3.0μm。镀层增加速度太慢, 需要寻找更合适的商品溶液。

1.3 GL-EN101光亮中磷化学镀镍商品溶液周期性试验

该溶液的配方及使用方法如下:

A、B为开缸剂, 周期性使用应按1:1补充A和C。槽液温度 (88-92) ℃, 镍离子含量为 (5.0-6.2) g/L, p H应为4.7-5.1。

按给定比例配制溶液, 镀前调整pH, 加热到指定温度, 化学镀镍1h, 试验效果镀层光亮、细致、均匀、完好, 镀层厚度5.5μm, 可满足实际生产需要。按金属镍的分析方法测试了镍含量, 通过溶液的补加 (每一克金属镍需补加10mL的GL-EN101A和10mL的GL-EN101C) , 使镍含量重新回到指定范围, 调节pH, 再进行化学镀镍1h, 试验后外观和镀层厚度都有良好保持。如此补加6次, 进行8个周期试验, 外观和厚度都得到了良好保持。图4是第八个周期化学镀镍1h后, 试件的外观照片。由于GL-EN101A的补加量已达到开缸量。所以该溶液已经达到了使用的上限。由此可见, 该溶液具有极佳的稳定性能, 使用可达到8个周期。从成本来讲, 周期使用是单次使用成本的四分之一, 降成本效果显著。从环保来讲, 产生废液明显减少, 环境处理成本显著降低。

为了进一步验证化学镀镍层的性能, 选取四片试件进行盐雾试验, 其中两片在260℃烘烤2h, 试验结果未烘烤试样的红锈比较厉害, 尤其是边缘;烘烤后的试样只有轻微红锈, 且集中在边缘。经与厂家沟通, 出现红锈的原因有两个: (1) 镀层厚度较薄, 防护性能较好的化学镀镍层厚度应在10μm以上; (2) 未进行精细加工或有加工缺陷的边缘容易出现红锈。由于试片只是简单切割而成, 边缘比较粗糙, 所以其防护性能较差。依据试验结果及厂家分析, 可以预见厂内正式加工的零件、化学镀镍层厚度在10μm以上时, 将具有良好的防护性能。后续将进行生产试验批次的验证。

2 试验结论

化学溶液法 篇8

制备溶液是分析工作的第一步, 要得到准确的实验结果, 必须按标准规范操作。下面就笔者在化学分析中的实践谈谈操作中应注意的事项以供参考。

1 实验过程

试样的处理分酸溶解法和熔融法两种。在系统分析中, 通常以盐酸分解试样。这是十分简便快速的方式, 但是只有少数样品可以采用这种方法, 如水泥熟料和高炉矿渣等。由于盐酸溶样后常有大量硅酸的析出, 因而限制了这一方法的使用范围。所以在此仅介绍熔融法。

一些难被酸所直接分解的矿物岩石, 常需借助熔融的方法。采用的熔剂多为碱金属化合物。进行熔融的目的是为了增加碱金属氧化物的比值, 使之能为酸所分解。可以根据分析样品的组分和对分析的不同要求来选择是适当的熔剂和熔器。

一般有碳酸钠熔融法、碳酸钾熔融法、焦硫酸钾熔融法、硼砂熔融法和苛性碱熔融法。甘肃省水泥企业在分析工作中常用的是苛性碱熔融法。

用苛性碱作为熔剂进行熔融时, 熔器可用镍、铁或银坩埚, 采用热解石墨坩埚亦是有效的方式, 使用苛性碱作熔剂对含硅量高的试样比较适宜 (如砂岩、粘土等) 。为避免熔融物在反应时溅出, 加热温度应逐渐升高。

1.1 用氢氧化钾作熔剂

用氢氧化钾作熔剂时, 温度在500℃左右, 可在小电炉上进行。如使用镍、铁坩埚熔样, 可直接测定二氧化硅, 而不能做系统分析。以银坩埚熔融时常以硝酸溶解熔块, 溶液在经过加热后也常呈浑浊状态。提高熔融温度时, 由于氢氧化钾大量挥发, 效果不够理想, 一般不用氢氧化钾作熔剂进行系统分析。

1.2 用氢氧化钠作熔剂

用氢氧化钠作熔剂时, 温度可高达750℃, 熔融过程比较稳定, 以酸分解后容易得到澄清的溶液, 对一般水泥原料能达到一次熔融完全, 不留残渣。

多年来研究工作证明, 使用氢氧化钠作熔剂进行水泥及其原料分析是行之有效的, 它适应性强、效果好、价格低。配以银坩埚, 可以在非常简易的化验室内进行主要成分测定。目前采用氢氧化钠作熔剂以银坩埚为熔器熔样, 采用配位滴定及氟硅酸钾容量法的测定系统, 已成为一套不需分离的平行快速容量法, 测定程序得到很大简化, 速度快, 准确度高。虽然在高温时银坩埚有侵蚀现象, 但一个银坩埚经数百次使用后, 仍能满足熔样工作。

整个熔融过程在带有温度控制器的高温炉内进行。熔融所需的氢氧化钠的量, 通常为试样质量的10~20倍, 具体量与试样种类, 称取试样重量有关系。熔融温度一般在650℃左右保持20~30min钟, 部分难熔试样需要提高熔融温度到700℃以上, 熔样时间也适当延长至40min以上。熔块脱出采用热水在烧杯中浸取, 加入浓盐酸分解就可以得到澄清的溶液, 加入少量浓硝酸氧化亚铁离子使之全部成为三价铁离子方便后续系统分析。熔块脱出后, 只能用稀酸洗涤坩埚, 控制用量和次数, 不宜过多。浸取物应及时酸化, 缩短酸化前放置时间, 这样浸取物虽呈强碱性, 但对烧杯并无明显腐蚀现象。不需要考虑由此引起的二氧化硅测定的空白问题。

但是, 对于塑料杯单独测定二氧化硅时就不存在这一问题。这一结论是经过国家大对比实验证实了的。即熔块脱于塑料杯中, 可以放置一段时间 (1h左右) 后再加入浓硝酸酸化后测定的结果与正常操作下的结果在误差允许范围内。这是因为用氟硅酸钾容量法测定二氧化硅的原理, 就是基于在有过量钾离子和氟离子存在的强酸性溶液中, 能使硅酸呈氟硅酸钾形式沉淀。经过过滤、洗涤、中和, 以去除残余的酸。将获得的氟硅酸钾沉淀在沸水中水解, 一碱溶液滴定由水解而生成的氢氟酸。而在用浓硝酸酸化前, 溶液还显强碱性, 就不存在氟硅酸钾的形成, 也就不存在实验结果偏高或偏低的现象。当然, 在正常的化学分析中不允许故意拖延时间分析。但遇到特殊情况时, 也可以暂时把脱出的熔块 (指脱于塑料杯中单独测定二氧化硅的样) 放置一段时间, 这对结果毫无影响, 以免重新熔样, 耽误时间影响结果的上报。各类试样的具体熔融条件可归纳见表1。

1.3 试样的熔融步骤

参照上表称取一定量试样, 置于银坩埚中, 按上表用量相应加入固体氢氧化钠。盖上坩埚盖 (留较大缝隙) , 放入高温炉中, 从低温升起, 升温至所需温度, 并保温相应时间。取出放凉, 将坩埚放入已盛有100mL热水的烧杯中, 盖上表面皿 (反应缓慢时可适当加热) , 待熔块完全浸出后, 立刻取出坩埚, 冲洗干净。搅拌溶液尽快一次性加入规定量的酸, 用少量盐酸 (1+5) 洗净坩埚, 洗液并入原烧杯中, 滴加1mL浓硝酸 (铁粉类试样不必再加) , 盖上表面皿加热煮沸。此时溶液应澄清, 待冷却后, 移入250mL容量瓶中稀释至标线, 摇匀至此, 溶液制备完成, 可进行后续系统分析。

2 实验注意事项

1) 称样时应采用差减法, 尤其粘土类试样吸水性较强, 更要迅速称量。

2) 试样称好后按照需要预烧, 一般在700℃左右的高温炉内灼烧20min左右, 铁粉类适当延长灼烧时间, 然后再加入氢氧化钠熔融, 这个步骤能保证试样完全熔融, 也利于脱样步骤不粘银坩埚, 保证溶液的澄清。

3) 实验室所用的氢氧化钠由于销售、储存等环节的不确定因素, 多数已经吸水, 高温下容易溅失, 因此初始温度不宜过高, 可以从400℃升起, 逐渐提高温度。

4) 有的试样经熔融、酸化、煮沸等一系列的过程后, 底部有海绵状银析出或者溶液在定容步骤变浑浊, 这时只要保证定容步骤正确无误, 等待溶液澄清后吸取溶液进行分析, 一般不会对结果产生重大影响。如有絮状硅酸析出, 此溶液就不能再用来测定二氧化硅, 但对其他系统分析的项目 (氧化铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁) 没有影响。

5) 有的试样经一系列的实验, 溶液底部仍有不溶渣, 用玻璃棒搅动旋涡中间能看到”没熔透“的试样, 可采取如下步骤:将烧杯中的溶液缓缓注入容量瓶中, 残渣会保留在杯底, 然后再杯中加入适量浓盐酸和浓硝酸缓慢加热, 并以平头玻璃棒不断压碎残渣小颗粒直到完全溶解, 与主液合并。需注意的是这样处理过的溶液在氧化镁的滴定前需要对溶液用氨水 (1+1) 调节p H值, 保证测定条件。

6) 熔块浸取后溶液呈强碱性, 久放对烧杯有一定浸蚀, 因此在浸取后要及时酸化。

7) 高锰试样, 要控制盐酸的加入量应控制在在20m L以内, 否则将对锰的测定产生不良影响。

3 结束语

只要严格依据实验步骤进行, 并且把握注意事项内容, 就能在水泥成品、半成品以及各种原材料熔样过程中获得澄清的符合后续实验要求的溶液

参考文献

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局与中国国家标准化管理委员会[S].水泥化学分析方法.GB/T176-2008.

[2]中国建筑材料检验认证中心与国家水泥质量监督检验中心.水泥实验室工作手册.北京[S].中国建材工业出版社, 2009.

化学溶液法 篇9

关键词：二氧化硫,柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液,吸收,解析,干燥压缩

目前, 二车间置换岗位每天产生的尾气总流量为27 019m3 (压力0.03Mpa) 。尾气中主要含有SO2, N2, HCL气体, 其中SO2来源是置换反应通入过量的SO2使反应完全, 未参加反应的SO2放出来;N2的来源是置换反应中生成;HCL气体的来源是在反应过程中添加有稀盐酸, 挥发出来的。三者的体积比为SO2:N2:HCL=1:1.6:0.015, 其中二氧化硫体积10 332m3, 氯化氢体积155m3。现在这些尾气通过15%Na OH的吸收生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物, 每年需要消耗价值620万元的Na OH溶液。而生成的废液一部分到一车间甲酯调色, 大部分废液打到污水处理站处理, 这样给我单位环保带来很大的压力, 所以急需要一种新的回收方法来改善现状。

1 二氧化硫性质与用途

1.1 二氧化硫性质

本品常温下为无色有刺激性气味的有毒气体, 密度比空气大, 易液化, 易溶于水, 水溶液呈酸性, 熔点-72.4℃, 沸点-10℃, 对大气严重污染, 不自燃。

1.2 二氧化硫用途

(1) 漂白剂, 二氧化硫漂白食物, 让食物保持新鲜, 不能超标; (2) 防腐剂, 二氧化硫适用于酒精的防腐剂和干果, 可以抵抗微生物的侵袭, 可以使水果可口; (3) 制硫酸, 二氧化硫氧化成三氧化硫, 制取硫酸; (4) 广泛应用于化工行业, 如糖精生产置换反应。

2 缓冲溶液法回收二氧化硫工艺简介

采用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液法回收, 工艺描述如下:

(1) 尾气预处理。二车间尾气中主要含有SO2、N2、HCL、水蒸汽及一些固体杂质和微量甲苯, 首先经除沫器除去一些固体杂质和微量甲苯, 然后用10%左右的稀碱液循环洗涤气体除去HCL气体。剩余气体主要有SO2、N2、水蒸汽, 然后经过两级纤维除雾, 除去水蒸汽。

(2) 吸收。经处理后的尾气进入吸收塔, 用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液吸收其中的SO2气体, 吸收后的尾气经尾气吸收塔吸收后高空达标排放。

(3) 解吸。吸收过SO2气体的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液 (简称富液) 再经解吸塔加热解吸。解吸后的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液 (简称贫液) 可循环使用, 继续吸收SO2气体变成富液。富液和贫液通过贫富液热交换器交换能量, 为循环使用储备能量。

(4) 干燥、压缩。解吸出的SO2气体经冷凝、分离、除雾、干燥后压缩、冷凝成液体SO2进入成品罐。

具体工艺流程如下:

3 缓冲溶液法回收二氧化硫效益分析

(1) 用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液吸收、解吸后制得液体二氧化硫。

(2) 按每批柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液可循环使用三个月计算, 回收1t SO2消耗缓冲溶液费用36.3元。

(3) 回收液体SO2耗电总功率为165Kw。每天运行12h, 耗电1 980度, 每度电按0.65元计, 每天按16批计, 回收11t SO2, 则回收1t SO2电费为1 980×0.65/11=117元。按回收1t SO2消耗2.5t蒸汽计, 每吨的蒸汽费用125元。

回收SO2年毛利润= (1 800-36-117-312.5) ×11×300=440.39万元 (SO2市场售价按1 800元/t计) 。综上所述:在不考虑工人工资、设备折旧、管理成本等其它不可预见费用的情况下, 如二车间每天投16批料, 每年节约30%液碱8 160吨, 价值620.16万元;回收二氧化硫3 300吨, 价值594万元, 毛利润440.39万元。

4 总结

采用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液吸收法, 工艺先进, 操作简单, 回收率高, 回收得到的产品纯度较高, 且回收来的二氧化硫可以继续使用, 减少了本厂二氧化硫的购买量, 大大减少了废水的排放, 废气中的有害物质绝大部分被吸收, 减少了对大气的污染。

参考文献

[1]陈敏恒, 等.化工原理[M].北京:化学工业出版社.2009, 3.

[2]曹微寰, 周琪.糖精酯化废水的处理工艺研究[J], 给水排水.2000, 26 (11) :40-42.