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柠檬酸溶液中硅形态研究

作　者: 王弦
导　师: 陆杰
学　校: 江南大学
专　业: 化学工程
关键词: 硅形态柠檬酸分光光度法气相色谱法
分类号: O613.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

水溶液中硅形态可分为单硅酸（n（聚合度）=1）、低聚态硅酸（1<n≤3）、中聚态硅酸（3<n≤8）和高聚态硅酸（n>8）。本文以柠檬酸溶液中硅形态为研究对象，1)建立了适合于柠檬酸溶液中硅形态分析的分光光度法和气相色谱法；2)系统研究了柠檬酸溶液中不同总硅浓度样品液受柠檬酸浓度和溶液温度的影响，产生硅形态转化和分布变化的规律。本论文所获得的主要成果为：1、当柠檬酸溶液中C_（Si）（总硅浓度）≤200mg·L^-1时，可以采用分光光度法分析溶液中单硅酸和低聚态的硅酸；当200mg·L^-1<C_（Si）≤1000mg·L^-1时，可以采用气相色谱法分析溶液中单硅酸和低、中聚态硅酸。1)建立了适合分析C_（Si）≤200mg·L^-1的柠檬酸溶液中单硅酸和低聚态硅酸的分光光度法，探讨了柠檬酸浓度和钼酸铵（AM）浓度对吸光度的影响：i单硅酸的分析：柠檬酸与钼酸铵在酸性条件下可形成络合物，当ω_（CA）（柠檬酸质量浓度）在3.0%以内，且ω_（CA）/ω_（AM）≤1/3时，在柠檬酸溶液中单硅酸与钼酸铵可完全显色。硅的质量浓度（C）在1.0～16.0mg·L^-1范围内与硅钼黄吸光度（A）的线性关系为：A=0.060C+0.030，R²=0.9982。ii总硅的分析：柠檬酸溶液中的聚硅酸与NaF-AlCl3溶液(其中C_F^-/C_Al³⁺=2)反应20min后完全解聚为单硅酸，可利用单硅酸分析方法分析溶液中总硅；iii低聚态硅酸的分析：当柠檬酸溶液中显色温度为303K时，单、二和三硅酸连续逐次与钼酸铵反应完全，三者显色完成的时刻为：tM=5min，t_D=46min，tT=267min。低聚态硅的质量浓度（C_n）与硅钼黄吸光度（A）满足：A_n-A_n^-1=0.060C_n+0.030（2≤n≤3），该方法在本论文的研究中能准确分析C_（Si）≤200mg·L^-1的柠檬酸溶液中硅的形态；2)与质谱结合对柠檬酸溶液中各种形态硅进行了定性分析，以正十四烷为内标物建立了适合分析200mg·L^-1<C_（Si）≤1000mg·L^-1的柠檬酸溶液中单硅酸和低、中聚态硅酸的气相色谱法，探讨了硅烷化试剂、溶剂和催化树脂对柠檬酸溶液中硅烷化反应影响，结果表明：柠檬酸对硅烷化反应无影响，以六甲基二硅氧烷为硅烷化试剂、丙酮为溶剂、Amberlyst15型树脂为催化剂进行硅烷化后，柠檬酸溶液中的单硅酸和低、中聚态硅酸的含量可以用气相色谱-内标法定量检测。2、基于分光光度法和气相色谱法分析柠檬酸溶液中硅形态，系统研究了不同总硅浓度的柠檬酸溶液中，受柠檬酸浓度和溶液温度影响产生硅形态转化和分布变化的规律：1)按F（单硅酸百分含量与总硅浓度拟合直线的斜率）值将0¹000mg·L^-1的总硅浓度分割成了五个区域，五个总硅浓度区域中硅形态的种类有较大的差异：Ⅰ区域（仅单硅酸存在区域），单硅酸无转化；Ⅱ区域（单、二硅酸共存区域），单硅酸向二硅酸转化；Ⅲ区域（单、二、三硅酸共存区域），单硅酸向低聚态硅酸转化；Ⅳ区域（单、低和中聚态硅酸共存区域），单硅酸向低、中聚态硅酸转化；Ⅴ区域（单、低、中和高聚态硅酸共存区域），单硅酸向低、中和高聚态硅酸转化。2)Ⅰ区域形态不受柠檬酸和温度的影响，Ⅱ^Ⅴ区域柠檬酸浓度从0%变化到50%时，F值均匀增加，且增加的快慢大小为Ⅳ>Ⅲ>Ⅴ>Ⅱ，各区域柠檬酸抑制聚合作用的能力为：Ⅳ>Ⅲ>Ⅴ>Ⅱ；Ⅱ^Ⅴ区域温度从278K变化到358K，Ⅱ区域内F值在278³18K和318³58K分别以不同的速率均匀减小，Ⅲ^Ⅴ区域内F值在278³58K内均匀减小，各区域减小的速率大小为Ⅳ>Ⅱ （318³58K）>Ⅲ> Ⅱ（278³18K）>Ⅴ，各区域温度促进聚合作用的能力为：Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅴ。3)柠檬酸浓度与区域临界点CSC（柠檬酸溶液中F值刚好发生变化时对应的总硅浓度）均成良好的线性关系，线性方程可用于预测298K时已知总硅浓度和柠檬酸浓度的样品液中的硅形态；温度与区域临界点CSC均成良好的线性关系，线性方程可用于预测已知总硅浓度的30%柠檬酸样品液在278³58K时的硅形态。4)柠檬酸浓度从0%变化到50%时，五个区域中单硅酸占总硅的百分含量的变化量范围分别为0%、0%⁵%、3%⁹%、10%²0%和14%²1%，可见Ⅴ区域的单硅酸百分含量受柠檬酸浓度变化的影响更显著；温度从278K变化到358K时，五个区域中单硅酸占总硅的百分含量的变化量范围分别为0%、-7%⁰%、^-16%^-7%、-25%^<sup>-16%和-39%^-31%，可见Ⅴ区域的单硅酸百分含量受温度变化的影响更显著。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-20
  1.1 柠檬酸概述  9
  1.2 柠檬酸溶液中的硅及来源  9-10
    1.2.1 柠檬酸溶液中的硅  9-10
    1.2.2 柠檬酸溶液中硅的来源  10
  1.3 硅酸的水溶液行为  10-12
    1.3.1 硅在水溶液中的溶解性  10
    1.3.2 硅酸的聚合行为  10-12
  1.4 水溶液中硅的形态  12-14
    1.4.1 水溶液中的硅形态分类  12
    1.4.2 水溶液中的硅形态的转化  12-13
    1.4.3 硅形态的影响因素  13-14
  1.5 硅形态的分析方法  14-18
    1.5.1 分光光度法  14-15
    1.5.2 三甲基硅烷化-色谱法  15-17
    1.5.3 其它方法  17-18
  1.6 硅形态研究现状  18-19
    1.6.1 硅形态的分析方法研究  18-19
    1.6.2 硅形态的分布转化研究  19
  1.7 课题研究内容  19-20
第二章光度法分析柠檬酸溶液中低聚态硅酸的研究  20-29
  2.1 引言  20
  2.2 实验部分  20-23
    2.2.1 试剂与仪器  20-21
    2.2.2 原理  21-22
    2.2.3 样品液的配制  22
    2.2.4 分析方法  22-23
  2.3 结果与讨论  23-27
    2.3.1 柠檬酸溶液中单硅酸的分析  23-26
    2.3.2 柠檬酸溶液中低聚态硅酸的分析  26-27
  2.4 本章小结  27-29
第三章气相色谱法分析柠檬酸溶液中低、中聚态硅酸的研究  29-38
  3.1 引言  29
  3.2 实验部分  29-30
    3.2.1 实验试剂  29-30
    3.2.2 实验原理  30
    3.2.3 实验方法及其步骤  30
  3.3 结果与讨论  30-37
    3.3.1 柠檬酸溶液中三甲基硅烷化研究  30-32
    3.3.2 柠檬酸溶液中硅烷化衍生物的定性分析  32-34
    3.3.3 柠檬酸溶液中硅烷化衍生物的定量分析  34-36
    3.3.4 分光光度法与气相色谱法的比较  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章柠檬酸溶液中硅形态的研究  38-56
  4.1 引言  38
  4.2 实验部分  38-39
    4.2.1 试剂与仪器  38-39
    4.2.2 柠檬酸溶液中硅形态的测定  39
    4.2.3 分析流程  39
  4.3 结果与讨论  39-55
    4.3.1 柠檬酸浓度对硅形态分布的影响  39-47
    4.3.2 温度对硅形态分布的影响  47-55
  4.4 本章小结  55-56
主要结论与展望  56-58
  主要结论  56-57
  展望  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-63
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  63

柠檬酸溶液中硅形态研究

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