Лукашков Максим. Низкотемпературные фазовые равновесия твердое – жидкость в системе H2O – Tb(NO3)3

Научный руководитель — Дзубан А.В., ХФ МГУ

Лукашков презентация

Редкоземельные элементы (РЗЭ,RE) находят всё более широкое применение в различных сферах науки и техники. Из-за близости физико-химических свойств их выделение и последующее разделение представляет собой сложный многостадийный процесс, условия которого обычно подбирают эмпирически. Для определения условий проведения технологических процессов, включая кристаллизацию солей РЗЭ из растворов, перспективным представляется привлечение термодинамического моделирования, которое позволяет значительно уменьшить трудо- и ресурсозатраты. При этом возникает потребность в получении надёжного массива экспериментальных данных, которые могут быть использованы для проведения расчётов. Тем не менее, даже простые бинарные системы H2O – RE(NO3)3 исследованы далеко не полностью. Мы остановили свой выбор на тербии, для которого на данный момент почти нет никаких данных.

Таким образом, цель данной работы — экспериментально определить границы фазовых полей в низкотемпературной области фазовой диаграммы системы H2O – Tb(NO3)3.

Задачи:

  1. Приготовить ряд растворов Tb(NO3)3 с точно известной мольной долей
  2. Экспериментально установить температуры плавления исследуемых смесей
  3. Нанести данные на фазовую диаграмму системы H2O – Tb(NO3)3
  4. Сравнить экспериментальные значения с данными, полученными в результате термодинамического моделирования
  5. Сделать вывод о точности модели

В ходе работы была взята навеска нитрата, которую поместили в тигель и провели термогравиметрию для уточнения состава кристаллогидрата. Потом были рассчитаны необходимые массы навесок нитрата и воды для приготовления растворов нитрата тербия с мольной долей от 0.01 до 0.045. Далее образцы растворы были помещены в тигли и запрессованы. С каждым была проведена ДСК на скоростях 0.5, 2, 5 К/мин, с помощью нее были определены температуры их плавления и нанесены на фазовую диаграмму.

Также были измерены плотности приготовленных растворов для установления точной концентрации образцов.

Результаты и выводы:

Были получены новые точки для фазовой диаграммы H2O – Tb(NO3)3 (Рис. 1)

Рис. 1. Фазовая диаграмма H2O – Tb(NO3)

Точки фазовой диаграммы полученные в ходе эксперимента с высокой точностью ложатся на теоретически предсказанную кривую, поэтому модель хорошо описывает поведение системы.

Литература:

  1. Spedding F. H. // Densities and Apparent Molal Volumes of Some Aqueous Rare Earth Solutions at 25′. 111. Rare Earth Nitrates. // J. Chem. Eng. Data; (United States), Vol. 20:1
  2. Альмяшев В. И., Гусаров В. В. Термические методы анализа: Учеб. пособие/ А 57 СПбГЭТУ (ЛЭТИ).– СПб.,1999. – 40 с.
  3. Емелина А. Л. Дифференциальная сканирующая калориметрия. Лаборатория химического факультета, 2009. – 42 с.
  4. Rajeev Mohan, Heike Lorenz, Allan S. Myerson Solubility measurement using differential scanning calorimetry. // Ind. Eng. Chem. Res. 2002, 41, 19, 4854–4862
Перейти к содержимому