铬酸盐精制与电催化合成铬酸酐基础研究

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题名	铬酸盐精制与电催化合成铬酸酐基础研究
作者	余志辉
学位类别	博士
答辩日期	2009-06-01
授予单位	中国科学院过程工程研究所
授予地点	过程工程研究所
导师	齐涛
关键词	电感耦合等离子体原子发射光谱仪离子交换铬酸钾铬酸酐电催化合成宏观动力学
其他题名	Refining of Chromate and Fundamental Research for Electrocatalysis Synthesis Process of Chromic Anhydride
学位专业	化学工艺
中文摘要	铬盐是一种重要的无机化工产品，广泛应用于冶金、电镀、制革、印染、颜料、橡胶、木材防腐等工业部门，在国际上被列为最具竞争力的8种资源性原料之一。随着国民经济持续发展和科学技术进步，铬酸酐作为多种工业所必需的原料，国内外需求量逐年递增，缺口甚大。传统工艺采用有钙焙烧-硫酸生产工艺，工艺流程长、排放大量含铬芒硝和硫酸氢钠等副产品，资源利用率低。有“绿色技术”之称的电合成法具有资源利用率高、产品质量好、条件温和、无污染等其它工艺无法比拟的优点，成为各国竞相研究的热点。中国科学院过程工程研究所按照绿色化学原理开发了铬盐清洁生产新技术体系，成功研发了资源高效利用-废物零排放的铬盐清洁生产新技术。本研究作为铬盐产业链的一部分，进行铬酸钾精制-电催化合成铬酸酐基础研究，主要研究内容如下：（1）采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析高浓度铬酸钾中杂质元素，考察观测方式、激发电位、高频功率、载气流量和基体浓度等对干扰强度的影响。在最佳工作参数下，用离峰扣背景、内标、基体匹配、MSF、标准加入法等校正基体干扰，测定了方法准确度、检出限和精密度，确定了高浓度铬酸钾中不同杂质含量的分析方法。（2）采用静态离子交换法对Amberlite IRC 748离子交换树脂去除铬酸钾溶液中钙、镁进行了系统研究，得到了优化离子交换条件。热力学研究表明，树脂交换吸附铬酸钾溶液中钙、镁等温线符合Freundlich方程，为自发吸热过程。动力学研究表明离子交换过程符合pseudo-second-order动力学模型，分别由液膜扩散、粒内扩散和离子交换平衡三步组成。研究了不同再生剂、用量、温度和超声波外场强化等对再生效果的影响，确定最优再生条件。（3）针对固定床离子交换过程，研究了流率、床层高度、铬酸钾溶液中钙、镁初始浓度、床层直径对穿透曲线的影响，制得钙、镁浓度小于50 μg/L的铬酸钾溶液。计算得出吸附交换区高度、下移速度、总吸附传质系数、吸附传质单元数和传质单元高度。确定固定床离子交换数学模型，计算值与实验数据拟合较好。动态固定床脱附实验表明，逆流和顺流再生方式的再生率都在98%以上。（4）通过动态循环伏安、稳态极化曲线、直接电催化合成和XRD、SEM等手段，研究了铬酸钾两步电催化制备铬酸酐过程中阳极液在阳极上的电化学行为、阳极的电催化活性、稳定性、电极反应动力学和阳极表面形貌等。研究表明，Ti/IrO2-Ta2O5电极具有较低的析氧过电位，较好的电催化活性和稳定性，是电催化合成铬酸酐比较理想的阳极。（5）通过正交实验分析和显著性检验，得到铬酸钾两步电催化合成铬酸酐的最优工艺条件，在最优工艺条件下平行进行5次重复实验，第一步电催化合成重铬酸钾转化率基本稳定在93.32%左右，电流效率在93.83%左右，直流电耗在584 kWh/t左右；第二步电催化合成铬酸酐转化率基本稳定在60.20%左右，电流效率在62.97%左右，直流电耗在1233 kWh/t左右。经过处理后的重铬酸钾和铬酸酐纯度分别达到99.9%和99.7%以上。（6）测定由铬酸钾两步电催化合成铬酸酐在不同温度，不同阳极液初始浓度，不同反应时间下阳极液体积，转化率等的宏观动力学数据。建立了阳极液体积随转化率变化的数学方程、反应速率表达式和宏观动力学方程，确定了宏观动力学参数。由铬酸钾电催化合成重铬酸钾反应表现为拟零级反应动力学特征，由重铬酸钾电催化合成铬酸酐反应表现为拟一级反应动力学特征，两步电催化合成表观活化能分别为8.89 kJ/mol和10.22 kJ/mol。
语种	中文
公开日期	2013-09-13
页码	170
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1260]
专题	过程工程研究所_研究所（批量导入）
推荐引用方式 GB/T 7714	余志辉. 铬酸盐精制与电催化合成铬酸酐基础研究[D]. 过程工程研究所. 中国科学院过程工程研究所. 2009.