含羧基結(jié)晶助劑對過飽和鋁酸鈉溶液種分過程的影響及機(jī)理研究.pdf

1、氧化鋁生產(chǎn)過程中過飽和鋁酸鈉溶液種分過程是重要工序之一。種分分解速率過低,氫氧化鋁產(chǎn)品粒度分布不均等問題嚴(yán)重制約著氧化鋁工業(yè)的發(fā)展。眾多強(qiáng)化方法中,結(jié)晶助劑強(qiáng)化法具有明顯的優(yōu)越性。但目前對結(jié)晶助劑的遴選一直處于經(jīng)驗(yàn)水平。
　　 本文采用分子拆分法、QSPR模型構(gòu)建法,結(jié)合量子化學(xué)計(jì)算、PSD、FT-IR、27Al-NMR、Raman、SEM等分析測試手段,分別研究了丙氨酸、Na4EDTA及EDTA、單羧基芳香族羧酸、21種L型氨

2、基酸等多種有代表性的含羧基結(jié)晶助劑對鋁酸鈉溶液種分過程的影響及其作用機(jī)理,總結(jié)了含羧基結(jié)晶助劑分子設(shè)計(jì)的一般性規(guī)則,可望為工業(yè)結(jié)晶助劑的分子設(shè)計(jì)及遴選提供理論基礎(chǔ)。具體結(jié)論如下:
　　 1.系統(tǒng)研究了丙氨酸及其拆分分子對鋁酸鈉溶液種分過程的影響。發(fā)現(xiàn)α-丙氨酸的抑制作用源于其分子中氨基或羧基對氫氧化鋁表面“活性點(diǎn)”的封閉;促進(jìn)作用源于其分子中氨基和羧基的共同作用。Α-丙氨酸使鋁酸鈉溶液種分分解率改變的本質(zhì)可能源于溶液中鋁酸根離子

3、之間平衡的打破,也可能源于溶液中新的含鋁組元的產(chǎn)生。丙氨酸對種分分解率大小、氫氧化鋁附聚大小及附聚周期的影響與其分子中氨基和羧基的相對位置有關(guān);丙氨酸對種分分解率及氫氧化鋁附聚隨種分時(shí)間變化趨勢、氫氧化鋁附聚隨丙氨酸濃度變化趨勢的影響則與其分子中氨基和羧基的相對位置無關(guān)。Α-丙氨酸的吸附改變了氫氧化鋁(001)面及(100)面的電子結(jié)構(gòu),表現(xiàn)為“電子給體”。
　　 2.系統(tǒng)研究了Na4EDTA和EDTA對鋁酸鈉溶液種分過程的影響

4、。對比研究發(fā)現(xiàn)EDTA陰離子或者直接作用于鋁酸根離子,或者通過水分子間接作用于鋁酸根離子,或者通過兩種方式同時(shí)作用于鋁酸根離子,促進(jìn)了新的含鋁組元的生成,改變了鋁酸鈉溶液結(jié)構(gòu),強(qiáng)化了種分分解;H+通過中和反應(yīng)促進(jìn)了種分分解;Na+可能通過其與鋁酸根離子形成Na(H2O)4+·Al(OH)4-離子中間體促進(jìn)了種分分解。Na4EDTA和EDTA對氫氧化鋁附聚隨結(jié)晶助劑濃度變化趨勢及氫氧化鋁附聚周期影響的不同與Na+和H-有關(guān)。
　　

5、 3.系統(tǒng)研究了單羧基芳香族羧酸對鋁酸鈉溶液種分過程的影響。發(fā)現(xiàn)單羧基芳香族羧酸對鋁酸鈉溶液種分分解的抑制作用源于其對氫氧化鋁表面“活性點(diǎn)”的封閉,抑制順序與其分子中氧原子所帶凈電荷數(shù)呈對應(yīng)關(guān)系;對氫氧化鋁附聚的抑制作用可能與其偶極矩及附加偶極矩有關(guān);對氫氧化鋁長大方式的影響與苯環(huán)上烷基和結(jié)晶助劑濃度有關(guān)。單羧基芳香族羧酸的吸附改變了氫氧化鋁(001)面和(100)面的電子結(jié)構(gòu),表現(xiàn)為“電子給體”。
　　 4.構(gòu)建了氫氧化鋁中位

6、粒徑變化與21種L型氨基酸結(jié)晶助劑分子描述符之間的QSPR模型,最佳模型表達(dá)式如下:
　　 △d50=0.4188(R3p)+2.1181(C-006)-0.8283(Mor04v)+2.4709(Mor07u)+1.0809(Mor10e)-1.3492(n=21,RMSECV=1.6558,q2=0.6908,R2=0.7654)
　　 5.總結(jié)了結(jié)晶助劑分子設(shè)計(jì)的一般性規(guī)則,即:
　　 (1)氨基和羧基相距

7、較近的的脂肪族類結(jié)晶助劑有利于強(qiáng)化鋁酸鈉溶液種分分解;氨基和羧基相距較遠(yuǎn)的脂肪族類結(jié)晶助劑有利于強(qiáng)化氫氧化鋁附聚。
　　 (2)分子中同時(shí)含有多個(gè)羧基和氨基的脂肪族類結(jié)晶助劑有利于強(qiáng)化鋁酸鈉溶液種分分解。
　　 (3)分子中含有單羧基的芳香族類結(jié)晶助劑不利于強(qiáng)化鋁酸鈉溶液種分分解和氫氧化鋁附聚。
　　 (4)分子中原子間距較小且含有較多的同時(shí)連有烷基和雜原子的亞甲基的L型氨基酸類結(jié)晶助劑,有利于強(qiáng)化氫氧化鋁附聚。