含羧基結晶助劑對過飽和鋁酸鈉溶液種分過程的影響及機理研究.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重制約著氧化鋁工業(yè)的發(fā)展。眾多強化方法中,結晶助劑強化法具有明顯的優(yōu)越性。但目前對結晶助劑的遴選一直處于經(jīng)驗水平。
　　 本文采用分子拆分法、QSPR模型構建法,結合量子化學計算、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晶助劑對鋁酸鈉溶液種分過程的影響及其作用機理,總結了含羧基結晶助劑分子設計的一般性規(guī)則,可望為工業(yè)結晶助劑的分子設計及遴選提供理論基礎。具體結論如下:
　　 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”的封閉;促進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;丙氨酸對種分分解率及氫氧化鋁附聚隨種分時間變化趨勢、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。Α-丙氨酸的吸附改變了氫氧化鋁(001)面及(100)面的電子結構,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作用于鋁酸根離子,促進了新的含鋁組元的生成,改變了鋁酸鈉溶液結構,強化了種分分解;H+通過中和反應促進了種分分解;Na+可能通過其與鋁酸根離子形成Na(H2O)4+·Al(OH)4-離子中間體促進了種分分解。Na4EDTA和EDTA對氫氧化鋁附聚隨結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。
　　

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”的封閉,抑制順序與其分子中氧原子所帶凈電荷數(shù)呈對應關系;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;對氫氧化鋁長大方式的影響與苯環(huán)上烷基和結晶助劑濃度有關。單羧基芳香族羧酸的吸附改變了氫氧化鋁(001)面和(100)面的電子結構,表現(xiàn)為“電子給體”。
　　 4.構建了氫氧化鋁中位

6、粒徑變化與21種L型氨基酸結晶助劑分子描述符之間的QSPR模型,最佳模型表達式如下:
　　 △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.總結了結晶助劑分子設計的一般性規(guī)則,即:
　　 (1)氨基和羧基相距

7、較近的的脂肪族類結晶助劑有利于強化鋁酸鈉溶液種分分解;氨基和羧基相距較遠的脂肪族類結晶助劑有利于強化氫氧化鋁附聚。
　　 (2)分子中同時含有多個羧基和氨基的脂肪族類結晶助劑有利于強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晶助劑不利于強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連有烷基和雜原子的亞甲基的L型氨基酸類結晶助劑,有利于強化氫氧化鋁附聚。