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结晶紫碱性褪色反应在假二元微乳液体系近临界区的动力学和微乳液液膜法萃取镍离子的研究

作　者: 年福伟
导　师: 赵继华
学　校: 兰州大学
专　业: 物理化学
关键词: 微乳液动力学临界点结晶紫 AOT CTAB 萃取镍
分类号: O648.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

自从1869年英国物理学家安德鲁斯发现临界现象以来,相变和临界现象的研究一直非常活跃,人们发现,截然不同的物理体系在临界点附近都有十分相似的奇异行为。而临界效应对于溶液中的化学反应同样具有重要影响,二元体系近临界区中的化学反应已有大量研究,但在假二元微乳液体系中的化学反应还没有报道。本论文的第一部分用紫外-可见分光光度计研究了结晶紫在水/AOT/正癸烷和水/CTAB/正丁醇假二元微乳液体系远离临界区和近临界区的碱性褪色反应动力学,探讨了临界效应对化学反应动力学的影响。微乳液是高度分散的体系,颗粒很小,有很大的传质面积以及很高的传质效率,因而利用微乳液作为液膜来进行物质的提取分离,不仅具有快速、高效的优点,而且能克服乳状液的不稳定、易溶胀、破乳难等特点、具有良好的应用前景。镍是工业上十分重要的原料,在催化剂、电池、合金等方面都有广泛的应用,因此本论文第二部分还研究了微乳液液膜在萃取镍离子中的应用。论文的具体内容包括:（1）研究了结晶紫在水/AOT/正癸烷（LCST,低临界点）ω=40.8和ω=45.2（水与表面活性剂的物质的量之比）假二元微乳液体系远离临界区和近临界区的碱性褪色反应动力学。发现当温度远低于假二元体系的低临界点时,反应速率常数符合Arrhenius公式;当温度在低于临界点0.255-1.382 K之间时,反应速率常数高于Arrhenius公式推导值,即出现加速现象（Speeding up）,不符合临界慢化（Critical slowlng down）;而且越接近临界点,反应速率常数波动幅度越大。另外,发现拟合的临界指数x=0.322±0.028（ω=40.8）和x=0.340±0.034（ω=45.2）都接近于0.326（3DIsing模型的β值）,不吻合G-W理论的判断。（2）研究了结晶紫在水/CTAB/正丁醇（UCST,高临界点）ω=146假二元微乳液体系远离临界区和近临界区的碱性褪色反应动力学。发现当温度远高于假二元体系的高临界点时,化学反应速率常数符合Arrhenius公式;当温度在高于临界点0.646-2.282 K之间时,反应速率常数低于Arrhenius公式推导值,符合临界慢化（Critical slowing down）,而且越接近临界点,反应速率常数波动幅度越大,另外,发现拟合的临界指数为x=0.124±0.028接近于0.11（3DIsing模型的α值）,吻合G-W理论的判断,属于弱慢化。（3）分别在两个微乳液体系中研究了CV⁺两种分子构型的变化规律,发现不论是在水/AOT/正癸烷（LCST）体系中还是在水/CTAB/正丁醇（UCST）体系中,当温度处于在T_c⁰到T_c之间时I_λ590/I_λ550（两个特征峰的吸收强度比值）都受到近临界效应的影响,当体系的温度在逐渐靠近T_c时I_λ₅90/I_λ550随温度的升高而增大,然后在最靠近T_c处I_λ590/I_λ550又迅速降低。（4）分别研究了水/AOT/正癸烷微乳液液膜对标准镍溶液和工业镍溶液中镍离子的萃取和回收,考察了微乳液液膜组成、pH值、微乳液液膜与镍溶液的质量比、搅拌时间等实验参数对萃取率的影响,以及反萃取时pH值和短链醇对反萃取率和消除微乳体系乳化的影响。发现AOT和正癸烷的质量比在7/3到6/4之间时,只要适当调整pH值就可以实现对镍离子的有效萃取,而且微乳液液膜可以多次循环萃取。当在pH为9-10范围内萃取9次时,Ni²⁺的最大富集浓度可达到44.17g/L,即为工业镍溶液（0.4230g/L）浓度的104倍。

全文目录

中文摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章前言  12-45
  1.1 表面活性剂  12-14
    1.1.1 表面活性剂的结构特点  12
    1.1.2 表面活性剂的分类  12-13
    1.1.3 本实验所用的表面活性剂AOT和CTAB  13-14
  1.2 微乳液  14-20
    1.2.1 微乳液类型、结构和相行为  14-16
    1.2.2 微乳液的性质  16-17
    1.2.3 微乳液的应用  17-20
  1.3 微乳液液膜萃取概述  20-23
    1.3.1 反胶束、W/O微乳液萃取体系  20-21
    1.3.2 微乳液液膜萃取机理  21-23
  1.4 反胶束、W/O微乳液液膜萃取金属离子的概况  23
  1.5 临界态和近临界区简介  23-27
    1.5.1 相变与临界现象  23-24
    1.5.2 临界指数和临界理论  24-26
    1.5.3 近临界区的概念  26-27
  1.6 近临界区中的化学反应  27-43
    1.6.1 近临界区中的化学反应理论概述  27-37
    1.6.2 动力学理论在水解反应中的应用  37-43
  1.7.本论文工作的意义及目的  43-45
第二章实验部分  45-57
  2.1 控温与临界组成  45-48
    2.1.1 控温装置  45-46
    2.1.2 控温原理与测温  46-47
    2.1.3 临界组成的测定原理  47-48
  2.2 实验仪器及试剂  48-50
    2.2.1 实验仪器  48-49
    2.2.2 化学试剂  49-50
  2.3 样品配制  50-51
    2.3.1 结晶紫溶液的配制  50
    2.3.2 NaOH溶液的配制  50
    2.3.3 微乳液的配制  50-51
  2.4 临界组成和临界温度的确定  51-52
  2.5 微乳液中结晶紫碱性褪色反应的动力学测定  52-57
    2.5.1 紫外-可见分光光度技术  52-54
    2.5.2 AOT和CTAB微乳液中结晶紫碱性褪色反应的动力学测定  54
    2.5.3 结晶紫碱性褪色反应的动力学测定的理论基础  54-55
    2.5.4 结晶紫碱性褪色反应动力学测定的误差分析  55-57
第三章结晶紫在假二元微乳液体系远、近临界区的碱性褪色反应动力学和构型研究  57-71
  3.1 结晶紫在水/AOT/正癸烷(LCST)假二元微乳液体系中的远、近临界区中碱性褪色反应动力学  57-62
  3.2 结晶紫在水/CTAB/正丁醇(UCST)假二元微乳液体系中的碱性褪色反应动力学  62-64
  3.3 结晶紫在假二元微乳液体系中的远、近临界区中的碱性褪色反应动力学的结果讨论  64-65
  3.4 假二元微乳液体系的近临界区效应对结晶紫构型的影响  65-71
第四章微乳液液膜法萃取镍离子的研究  71-80
  4.1 实验仪器及试剂  71-72
    4.1.1 实验仪器  71-72
    4.1.2 化学试剂  72
  4.2 实验方法  72-73
    4.2.1 标准镍溶液的萃取实验  72
    4.2.2 工业镍溶液的萃取实验  72-73
    4.2.3 反萃取实验  73
    4.2.4 循环萃取实验  73
  4.3 实验结果与讨论  73-78
    4.3.1 标准镍溶液的萃取研究  73-75
    4.3.2 金川镍溶液的萃取研究  75-78
    4.3.3 微乳液液膜的萃取循环次数以及Ni~(2+)的最大富集浓度研究  78
  4.4 本章小结  78-80
参考文献  80-87
致谢  87-88
硕士期间发表的文章  88-89
附录  89-93

结晶紫碱性褪色反应在假二元微乳液体系近临界区的动力学和微乳液液膜法萃取镍离子的研究

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