溶解度法研究粒度對納米顆粒表面熱力學性質的影響.pdf

1、納米顆粒由于其突出的表面效應和尺寸效應，使得其化學反應、相變、吸附、電化學、溶解等化學過程與其塊狀物質有很大差別，而這些差別皆歸因于納米顆粒的表面熱力學性質。目前關于粒度對納米顆粒表面熱力學性質影響的規(guī)律還不清楚，而且還缺乏納米顆粒表面熱力學性質的測定方法。
　　本文首先在經(jīng)典熱力學理論的基礎上，通過引入表面變量，首次從理論上分別導出了納米顆粒摩爾表面熱力學性質和偏摩爾表面熱力學性質與粒度的關系式，討論了粒度對它們的影響規(guī)律;并且

2、在過渡態(tài)理論的基礎上，導出了納米顆粒溶解的動力學參數(shù)與表面熱力學性質的關系式，完善了納米顆粒溶解的動力學理論。其次，在實驗上分別采用水熱均勻沉淀法和復分解法制備了不同平均粒徑的納米氧化鎂和納米碳酸鈣，用X射線衍射儀、掃描電鏡和透射電鏡對所制備的樣品的粒徑大小和形貌進行了表征。然后，利用電導率儀，測定了不同溫度下不同粒度的納米氧化鎂和納米碳酸鈣在水中溶解的瞬時濃度和平衡濃度，進而得到了它們的溶解標準平衡常數(shù)Kσ、溶解熱力學函數(shù)（△Gσm、

3、△Hσm、△Sσm）和溶解動力學參數(shù)（k、Eα和A）;并根據(jù)溶解熱力學和動力學數(shù)據(jù)，分別計算出了納米顆粒的表面熱力學性質;討論了粒度對納米氧化鎂和納米碳酸鈣溶解熱力學函數(shù)、動力學參數(shù)以及表面熱力學性質的影響規(guī)律，并將實驗結果與理論進行了對比分析。
　　本研究表明：⑴采用水熱均勻沉淀法和復分解法，通過改變制備條件，可以分別制備出高純度的平均粒徑為14～55nm的納米方鎂石型氧化鎂顆粒和17～71nm的納米球霰石型碳酸鈣顆粒。⑵納米顆

4、粒的粒度對溶解熱力學有很大的影響:隨著納米顆粒粒徑的減小，溶解的lnKσ增大，而△Gσm、△Hσm、△Sσm均減小;且它們與粒徑的倒數(shù)之間均存在較好的線性關系，這些實驗規(guī)律與納米溶解熱力學理論一致。⑶納米顆粒的粒度對溶解的動力學有顯著的影響:隨著粒徑的減小，溶解的lnk逐漸增大，而Eα和lnA卻逐漸減小;并且lnk、Eα和lnA均與1/d呈現(xiàn)良好的線性關系，這些實驗規(guī)律與納米溶解動力學理論一致。⑷納米顆粒的粒度對納米顆粒的表面熱力學性質