一种划分粉煤灰强碱体系下反应动力学阶段的方法技术

本发明专利技术公开了一种划分粉煤灰强碱体系下反应动力学阶段的方法，包括：将粉煤灰样品按确定的固液比与强碱溶液反应；计算反应体系中硅元素的表观物质的量浓度M0；强碱体系反应完成后检测溶液中的硅元素浓度，得到硅参数系列1；利用稀混合酸溶液与滤渣反应，反应完成后检测混合酸溶液中的硅元素浓度，得到硅参数系列2；通过计算得到特征参数系列1和特征参数系统2；通过比较分析特征参数系列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；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。本发明专利技术的方法准确、易操作，为粉煤灰的综合利用提供理论基础。

A method of dividing the reaction kinetics stage of fly ash alkali system

The invention discloses a method, a reaction kinetic stages division of fly ash under alkali system include: the fly ash samples to determine the solid-liquid ratio reaction with alkali solution; the concept of M0 molar concentration calculation of reaction system of silicon; silicon concentration alkali system after the reaction detection solution, obtain the silicon parameters series 1; using dilute acid solution and mixed reaction residue, after the completion of the reaction to detect mixed silicon acid solution concentration, get the parameters of the silicon series 2; through the calculation of characteristic parameters and characteristic parameters of series 1 system 2; by comparing the analysis of characteristic parameters of series 1 and 2 characteristic parameters of system, features 2 reaction limits and the response characteristics of 1 boundaries; through the analysis of features and characteristics of 2 reaction boundary reaction boundaries 1, the reaction kinetics of fly ash alkali system under the stage. The method is accurate and easy to operate, and provides a theoretical basis for the comprehensive utilization of fly ash.

【技术实现步骤摘要】
一种划分粉煤灰强碱体系下反应动力学阶段的方法
本专利技术涉及反应动力学阶段
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对粉煤灰强碱体系下的反应过程，本专利技术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。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：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/LNaOH溶液。有益效果：与现有技术相比，本专利技术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专利技术作详细描述。实施例11)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/LNaOH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/LNaOH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记录及计算结果反应时间/分钟N1jN2iM1jM2i100.00140.00170.00120.0015200.00260.00290.00230.0025300.00310.00460.00270.0040400.00390.00560.00340.0049500.00590.00610.00510.0053600.00630.00670.00550.0058800.01310.00710.01140.00621000.01840.00790.01600.00691200.01980.00840.01720.00731500.02410.00890.02100.00771800.03210.00960.02790.00832100.03950.00940.03430.00822400.04560本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种划分粉煤灰强碱体系下反应动力学阶段的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将粉煤灰样品按确定的固液比与强碱溶液反应，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。

【技术特征摘要】
1.一种划分粉煤灰强碱体系下反应动力学阶段的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将粉煤灰样品按确定的固液比与强碱溶液反应，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。2.根据权利要求1所述的粉煤灰强碱体系下反应动力学阶段的划分方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的粉煤灰强碱体系下反应动力学阶段的划分方法，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：程婷，王小平，韩承辉，谢伟芳，
申请(专利权)人：江苏省环境科学研究院，江苏开放大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32