导读:本文包含了熔盐金属热还原论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:金属,合金,液态,合成气,还原法,氯化钙,甲烷。
熔盐金属热还原论文文献综述
吴春亮,王宝华,陈兴,王海龙,王娜[1]（2019）在《熔盐中钙热还原钒酸钙制备金属钒粉》一文中研究指出在摩尔百分比组成为NaCl-52%CaCl_2的熔盐中用钙热还原法直接还原钒酸钙制备钒粉。采用XRD、FESEM、EDS和ICP对产品粉末的物相组成、形貌和元素成分进行测试分析。结果表明,在摩尔百分比组成为NaCl-52%CaCl_2的熔盐介质中,可以还原获得纳米球形单质金属钒粉末,粉末粒径100～250nm。(本文来源于《有色金属(冶炼部分)》期刊2019年06期）
李着尧[2]（2018）在《熔盐电解提取Ln(Dy、Ho、Yb)和液态金属还原萃取Ln(Ce、Sm)的研究》一文中研究指出随着核能的广泛应用,乏燃料的后处理已经成为制约核能可持续发展的关键问题之一。裂变产物中镧系元素(Ln)因具有很大的中子吸收截面,阻碍核裂变,是核燃料循环过程中最有害的产物。干法后处理被认为是有前途的乏燃料后处理技术,通过熔盐电解和熔盐/液态金属萃取的方法,将锕系元素(An)和镧系元素(Ln)分离,回收U、Pu和次锕系元素,实现核燃料的回收再利用。因此,为了实现镧锕分离,本文主要研究了Ln(Ⅲ)在LiCl-KCl共晶盐中固(W、Cu)、液态(Pb,Bi,Sn)电极上电化学提取分离Ln元素,同时探讨熔融盐LiCl-KCl-LnCl_3/液态Bi-Li合金体系还原萃取Ln。主要的研究内容如下:1、研究Ln(Ⅲ)在惰性W电极上的电化学行为,测定了Ln(Ⅲ)在不同温度的扩散系数。在773 K下Dy(Ⅲ)、Ho(Ⅲ)、Yb(Ⅲ)离子的扩散系数分别为0.73×10~(-5)cm~2s~(-1)、1.66×10~(-5)cm~2 s~(-1)、1.86×10~(-5)cm~2 s~(-1)。通过开路计时电位法(OCP)确定Ho(Ⅲ)/Ho的平衡和表观电极电势等电化学参数。2、采用暂态和稳态的电化学方法研究了Cu电极上Dy(Ⅲ)、Ho(Ⅲ)的电化学行为、电极过程动力学和热力学及电沉积机理,并采用电化学方法检测了电解提取过程中Ln(Ⅲ)浓度的变化。(1)确定每种Cu-Dy和Cu-Ho金属间化合物析出电位和平衡电位,Dy(Ⅲ)、Ho(Ⅲ)在Cu电极上析出电位正移,有明显的去极化作用。(2)计算了Cu-Dy和Cu-Ho金属间化合物的标准摩尔生成Gibbs自由能、焓、熵等热力学参数。(3)采用线性极化(LP)法测定Dy(Ⅲ)/Cu_5Dy和Dy(Ⅲ)/Cu_(9/2)Dy电极反应的交换电流密度(j_0),根据j_0与温度的线性关系,计算相应电极反应的活化能(E_a)分别为26.08 kJ mol~(-1)和22.55 kJ mol~(-1)。(4)恒电位电解提取Dy、Ho,XRD和SEM-EDS表征结果表明在不同条件下制备了五种Cu-Dy化合物和四种Cu-Ho金属间化合物。在-2.15 V电解提取Dy(16 h)和Ho(20 h)最大提取率分别为99.2%和99.4%。3、研究了Ho(Ⅲ)在Bi电极上电沉积机理、电极过程动力学和热力学,并采用电化学方法在线监测了电解提取过程中Ln(Ⅲ)浓度的变化。(1)确定每种Bi-Ho金属间化合物析出电位和平衡电位,Ho(Ⅲ)在液态Bi电极上析出电位正移,具有明显的去极化作用。(2)通过EMF计算了Bi-Ho金属间化合物的的标准摩尔生成Gibbs自由能、焓、熵等热力学参数。(3)通过循环伏安法(CV)计算了773 K下液态Bi电极上Ho(Ⅲ)/Ho(0)氧化还原的电荷传递系数(α)为0.45-0.49。(4)采用恒电流(-0.1 A)/恒电位(-1.5 V)在LiCl-KCl-HoCl_3熔盐中电化学提取Ho,9 h后得到产物为BiHo。利用绘制的Ho(Ⅲ)浓度与方波伏安曲线峰值电流密度之间关系的校准曲线,通过方波伏安法(SWV)在线监测提取过程Ho(Ⅲ)浓度的变化,对比从ICP-AES分析得到的结果,相对误差约为±6.1%,证实了SWV在线监测熔盐电解提取Ho的可行性。同时计算了提取效率,在-1.6 V恒电位电解27 h,提取率最高可达95.9%,平均提取速率可达2.95×10~(-6)mol cm~(-3)h~(-1)。4、研究了Dy(Ⅲ)、Ho(Ⅲ)、Yb(Ⅲ)在Pb电极上电沉积机理、电极过程动力学和热力学。(1)确定每种Pb-Ln金属间化合物析出电位和平衡电位。Dy(Ⅲ)、Ho(Ⅲ)、Yb(Ⅲ)在液态Pb电极上析出电位正移,具有明显的去极化作用。变价Yb(Ⅲ)在液态Pb阴极上的反应机理为两步转移:Yb(Ⅲ)+e~-→Yb(II),Yb(II)+2e~-→Yb(0)。(2)通过EMF计算了Pb-Dy金属间化合物的的标准摩尔生成Gibbs自由能、焓、熵等热力学参数。(3)通过Tafel测定Dy(Ⅲ)/Dy(Pb)电极反应的j_0、电荷传递系数α,根据j_0与温度的线性关系,计算Dy(Ⅲ)/Dy(Pb)电极反应活化能为23.12 kJ mo~(-1)。同时,利用CV也计算了773 K下Ho(Ⅲ)/Ho(0)氧化还原的电荷传递系数α。(4)采用恒电位/恒电流在液态Pb电极电化学提取Ln(Dy、Ho、Yb),提取的产物利用XRD和SEM-EDS表征,得到不同的Pb-Ln金属间化合物。在-1.52 V电解提取Dy(20 h)提取率最高可达97.2%,平均提取速率可达6.17×10~(-6)mol cm~(-3)h~(-1)。5、研究变价Yb(Ⅲ)在液态Sn电极上电沉积机理、电极过程动力学。确定每种Sn-Yb金属间化合物析出电位,Yb(Ⅲ)在液态Sn电极的析出电位正移是由于Sn-Yb金属间化合物的生成。变价Yb(Ⅲ)在液态Sn电极上的反应机理为两步转移:Yb(Ⅲ)+e~-→Yb(II),Yb(II)+2e~-→Yb(0)。利用LP法测定不同温度Yb(Ⅲ)/Sn_3Yb电极反应的j_0,并计算了其电极反应活化能E_a。在0.015 A恒电流电解提取12 h,得到Sn_3Yb、SnYb合金;而在-1.3 V、-1.4 V和-1.45 V进行电解提取20 h,提取产物皆为Sn_3Yb。6、在熔融盐LiCl-KCl-LnCl_3/液态Bi-Li体系研究还原萃取Ln(Ce、Sm),并采用电化学方法监测了萃取过程中Ln(Ⅲ)离子浓度、价态的变化。(1)测定了Bi-Li合金中Li含量、温度和搅拌速度对Ce和Sm的萃取速率、萃取率和分配比的影响,发现Ce和Sm的萃取效率和分配比随着温度、Bi-Li合金中Li含量和搅拌速度增加而增加,且Ce的萃取效率比Sm大得多。在单一Ln组分熔盐中Ce(Sm)的萃取效率均高于混合组份熔盐中Ce(Sm)的萃取效率。采用XPS和线性扫描伏安法(LSV)研究Sm的还原萃取机理,发现在萃取过程产生了Sm(II)。通过XRD、SEM-EDS表征萃取产物,证明了Ce(Ⅲ)、Sm(Ⅲ)和Sm(II)被成功的从熔盐中萃取到液态Bi-Li合金中。(2)根据673-873 K下的Ln(Ce,Sm)离子浓度与SWV峰值电流密度之间关系的校准曲线,通过SWV在线监测LiCl-KCl/Bi-Li体系中Ln(Ce,Sm)的还原萃取过程。检测结果与ICP-AES的分析结果一致,相对误差约为±2.1%。实验结果证实采用SWV在线监测LiCl-KCl-LnCl_3/Bi-Li体系中Ln萃取进程的可行性。(本文来源于《哈尔滨工程大学》期刊2018-09-01）
平欣雨[3]（2018）在《在LiCl熔盐中电解还原制备Ni-Zr合金及U金属的研究》一文中研究指出为了实现核燃料循环,干法后处理由于它的过程简单,对环境污染少等问题而独具优势。为了提高核燃料的利用率,我国提出了先进乏燃料的闭式循环的理念。其最关键的问题在于将轻水堆乏燃料转变为快中子反应堆所需要的金属燃料。FFC过程的提出为氧化物与金属间的之间转变提供了一个新的思路。本文主要选取了具有代表性的两种乏燃料氧化物ZrO_2与UO_2,探讨了它们在923K LiCl熔盐中各自的电解还原情况。ZrO_2是一种极具代表性的非放射性氧化物,在工业和航天等领域应用广泛。然而,ZrO_2具有高度热稳定性与差导电性,致使其电解还原具有一定的困难性,NiO的添加能够促进ZrO_2的还原,形成Ni-Zr合金。以此,为电解还原氧化物积累经验。参比电极对电极反应的监测与控制起到至关重要的作用,一般传统的参比电极难以承受电解还原氧化物的高温条件。因此制备适合923K LiCl熔盐体系的Li-Bi合金参比电极,实现了两电极体系向叁电极体系的转变是必要的。UO_2是轻水堆乏燃料的主要成分,乏燃料的循环也主要是针对铀的回收。因此研究UO_2的电解还原极具意义。据此,本文主要进行了如下叁个方面的研究:一、对NiO、ZrO_2与NiO-ZrO_2分别进行了理论计算与循环伏安扫描验证了其还原的可能性。在923K条件下,分别研究了不同装载形式、摩尔比、制片条件以及LiCl-Li_2O体系等因素对电解还原产品的影响,并对电解产品成分进行了表征与分析。二、制备了适合于923K LiCl熔盐体系氧化物还原的碳化硼装载的Li-Bi合金参比电极,并对其稳定性、重复使用性、平行性、可逆性以及氮化硼的腐蚀情况等方面性能进行了一系列的评估。叁、理论分析与循环伏安证明了UO_2还原的可行性。测定了空白不锈钢网兜与含有UO_2片的电势-电流曲线,判断了电解还原UO_2的电流条件与反应的截止电压。利用合适的电流对UO_2进行了恒电流电解还原制备金属U,并对其电解效率进行评估。XRD与SEM-EDS技术对产品成分与形貌进行分析。(本文来源于《南华大学》期刊2018-05-01）
赵燕超[4]（2016）在《熔盐/液态金属（Pb/Bi-Li）还原萃取稀土Gd》一文中研究指出熔盐还原萃取法应用于很多领域,其中最引人注目的应用是在乏燃料干法后处理过程中,对锕系元素和裂变产物的分离,以实现核燃料的回收再利用,它是一种很有前途的乏燃料后处理技术。本文研究在LiCl-KCl/液态金属(Pb-Li或Bi-Li)体系中利用还原萃取的方法对熔盐中的钆元素进行分离提取。主要的研究内容如下:1.研究了 LiCl-KCl-GdCl3熔盐体系中稀土 Gd(Ⅲ)离子在惰性钨电极上的电化学行为。在773 K的温度下,以惰性钨电极为工作电极,通过循环伏安法、方波伏安法、计时电位法和开路计时电位法等电化学技术手段研究了 Gd(Ⅲ)离子在LiCl-KCl熔盐体系中的电化学行为。由循环伏安和方波伏安的结果可知,Gd(Ⅲ)离子还原为金属Gd是一步得到3个电子的电化学过程。测定了不同扫速的循环伏安曲线,当扫描速率低于0.09 V s-1时,稀土 Gd(Ⅲ)离子在W电极上的电极过程是受传质速率控制的可逆过程。并计算773K温度条件下Gd(Ⅲ)离子在熔盐中的扩散系数。通过阳极计时电位法计算出823 K温度下Gd在液态金属Pb中的扩散系数为1.12×10-5cm2s-1。2.为了制备萃取剂,首先,通过循环伏安法、方波伏安法、和开路计时电位法等电化学技术手段研究了 Li(Ⅰ)在W电极以及铅膜电极上的电化学行为。在惰性W电极上Li(Ⅰ)的还原电位为-2.45 V。相对而言,Li(Ⅰ)在铅膜电极上的阴极还原电位比在惰性W电极上的正一点。还原电位的正移是因为生成了 Li-Pb金属间化合物,Li在Li-Pb金属间化合物中的活度远远小于在纯净Li金属中的。从循环伏安曲线可以观察到5种Li-Pb金属间化合物。在开路计时电位曲线中可以观察到5个平台,分别对应着LiPb-Pb、Li5Pb2-LiPb、Li3Pb-Li5Pb2、Li10Pb3-Li3Pb、Li4Pb-Li10Pb3两相共存的平台。Li在不同Pb-Li金属间化合物中的活度和相对偏摩尔吉布斯自由能由emf计算得出。并计算了不同Pb-Li金属间化合物的标准生成吉布斯自由能。在673K温度下,以液态Pb/Bi为阴极,恒电流电解制得Pb-Li / Bi-Li合金。所得的合金用XRD和ICP-AES进行分析,XRD分析结果表明所得的合金为PbLi /BiLi合金。3.本文着重研究在673～873K温度范围内,LiCl-KCl/Pb (Bi)体系还原萃取稀土Gd。在试验过程中,对熔盐和液态金属相取样,并进行ICP-AES分析。根据分析结果可以计算出钆的收率和还原率、萃取率、分配比,它们的值都随着温度的增加而增加。对萃取产物用SEM、EDS、XRD、ICP-AES进行表征,由XRD分析结果可知,产物为Pb3Gd和BiGd合金。通过在线监测的方法研究了温度和Li含量对还原萃取过程的影响。(本文来源于《哈尔滨工程大学》期刊2016-05-01）
孙鹏远[5]（2015）在《熔盐/液态金属（Bi-Li）还原萃取稀土Ce和Sm》一文中研究指出稀土被称为“工业维生素”,是国家各项高新技术的原料基础,被认为是国家安全发展的重要战略资源之一。由于稀土及其合金广泛应用于能源、冶金、机械、化工和电子等领域,开发制备稀土及其合金的生产工艺具有重要意义。稀土元素是乏燃料后处理中需要重点清除的元素,从乏燃料中分离提取稀土元素即可以提高核燃料的利用率,又可以保证核能的安全可持续的发展。本文通过高温熔盐/液态金属(Bi-Li)萃取的方法对稀土Ce(III)和Sm(III)进行分离提取。研究了萃取剂Bi-Li合金的制备,采用循环伏安法和方波伏安法研究了Li(I)在LiCl-KCl熔盐体系中Bi膜电极和在液态Bi电极上的电化学行为,与惰性W电极相比,Li(I)在Bi电极上发生了欠电位沉积,在-1.75V和-1.9V多出两对氧化还原峰,是由于Li(I)在Bi电极上生成两个Bi-Li合金化合物,发生了欠电位沉积。通过Bi-Li二元相图可以推断这两种合金分别为BiLi和BiLi_3。在LiCl-KCl熔盐中,以液态Bi为工作电极,在不同的电解条件下,采用恒电流电解制备了成分不同的萃取剂(Bi-Li合金)。研究了在不同温度下,熔盐/液态金属(Bi-Li)萃取稀土Ce。在其它条件不变时,在不同温度下对Ce进行萃取,通过ICP-AES对萃取过程中的的萃取相和被萃相进行分析,得出萃取的最佳条件为823K,分配比达到3.86,萃取率为54%。研究了萃取剂中Li含量对萃取过程中提取Ce的影响,分析结果表明:当电解时间为180min,萃取效果比较好,分配比为3.86,萃取率可达到54%。通过方波伏安法和ICP-AES测定了不同温度条件下萃取过程中电流密度与熔盐中Ce(III)和Sm(III)的离子浓度的关系,作出电流密度随Ce(III)和Sm(III)浓度变化的标准工作曲线。在不同温度条件下分别对Ce(III)和Sm(III)进行萃取,检测萃取过程电流密度的变化,并与标准工作曲线对比,结果表明萃取Ce(III)和Sm(III)的最佳温度均为823K。研究了熔盐/液态金属(Bi-Li合金)萃取二元组分Ce(III)和Sm(III)。在不同温条件下,通过方波伏安法检测了电流密度随时间的变化,根据标准工作曲线检测出萃取过程稀土离子的浓度变化。实验结果表明:在823K时萃取速率达到最大。该结果与萃取单一稀土Ce(III)和Sm(III)离子的结论一致。研究了不同搅拌速度对混合二元组分Ce(III)和Sm(III)萃取的影响,发现在搅拌速度为100r/min时萃取速率达到最大。(本文来源于《哈尔滨工程大学》期刊2015-05-01）
李炜[6]（2013）在《电化学还原提取与熔盐/液态金属萃取分离金属镨》一文中研究指出核电因其高效性、清洁性、安全性而受到人们青睐,但其乏燃料中的一些放射性产物构成了对地球生物和人类环境的巨大的潜在危害,然而裂变产物中很大一部分物质,例如稀土元素是可以被回收利用的,因此对乏燃料的正确管理具有重要的意义。镧系元素是乏燃料中需要清除的重要元素,因此研究镧系元素在熔盐中的物理化学性质对于乏燃料后处理具有重要的意义。本文的主要研究了熔盐电解和熔盐/液态金属萃取分离稀土元素镨的两种乏燃料干法后处理方法。(1)熔盐电解:在共晶LiCl-KCl熔盐中,采用循环伏安、方波伏安法、计时电流法、计时电位法和开路计时电位法研究了 Pr(Ⅲ)离子在活性电极Ni上的电化学行为,结果表明在-2.15V(vsAg/AgCl)时Pr(Ⅲ)离子还原为金属Pr,是一步转移3电子的还原过程;在-2.02V、-1.8V、-1.45V、-1.05V电位出现了四个还原峰,表明Pr(Ⅲ)离子在Ni电极上发生欠电位沉积。Pr(Ⅲ)/Pr(0)氧化还原是一个可逆的过程,受扩散速度控制,计算了 Pr(Ⅲ)离子的扩散系数及扩散活化能。对不同恒电位下电解制备的合金样品采用XRD、SEM和EDS等技术表征,分别形成PrNi2、PrNi3、Pr2Ni7和PrNi5金属间化合物。通过热力学计算,PrNi2的合金化热效应为-83.9kJmol-1,以及合金化反应的瞬时电极温度可达到1903.9K。(2)熔盐/液态金属萃取分离:研究了 LiCl-KCl共晶熔盐/液态Al-Li合金萃取稀土元素。首先利用液态Al为阴极制备了 Al-Li合金,然后在LiCl-KCl共晶熔盐/液态Al-Li合金中萃取稀土,分析了反应温度、还原剂的量、相比、氯化稀土的加入量、反应搅拌的时间对萃取结果即分配比的影响,发现在一定范围内提高温度、增加还原剂与氯化稀土的量、延长搅拌时间、增大相比这些措施能够提高稀土的分配比,通过提高分配比、降低相比能提高稀土的萃取率。对多组分稀上的萃取时,发现该体系能够对多种稀土同时萃取,轻稀土的分配比要高于重稀土;同时研究了 LiCl-KCl共晶熔盐/液态Al-Li萃取体系对变价稀土元素的萃取,发现在LiCl-KCl共晶熔盐/液态Al-Li萃取体系中,变价元素Sm的分配比高于Pr,利于变价元素的分离,分离因素可以达到23.30。(本文来源于《哈尔滨工程大学》期刊2013-12-26）
王芳[7]（2013）在《氯化钙熔盐中钙还原氧化铪制备金属铪粉的研究》一文中研究指出金属铪是优异的核反应堆控制材料。目前国内的金属铪的生产工艺不成熟。氯化钙熔盐钙热还原制备金属铪粉具有缩短工艺流程、降低生产成本,绿色环保等优点,特别是添加的熔盐体系利于降氧的特点,能生产出低氧大粒度的金属铪粉,满足工业应用和碘化要求,克服粒度过小的铪粉易自燃不利于运输和碘化操作的缺点。本文针对该熔盐中还原工艺参数,反应机理、产品质量等主要问题进行了研究。为了解决以上问题,本论文主要进行了以下的研究工作：采用单一变量法,研究了还原剂钙的量、还原温度、保温时间、熔盐氯化钙的量和氧化铪的粒度对钙热还原反应的影响,兼顾产品纯度,粒度要求和经济性,确定最佳的工艺条件。选取足量的原料、还原剂和熔盐,在1050℃的温度下保温3h得到的产品铪粉中的氧含量约为0.14%,D50约为142.120μm,粒度区间为111.86-213.51μm。采用扫描电镜(SEM)、粒度分析和化学成分分析研究产物的形貌、粒度和成分变化。产品铪粉的形貌有两种形态：粒度小的球团状颗粒和粒度大的树枝状颗粒。还原温度、保温时间、CaCl2的量、HfO2的粒度会影响产品铪粉的粒度分布；还原剂Ca的量、还原温度、保温时间、CaCl2的量会影响产品铪粉中的氧含量。此外还原反应过程的相关影响因素对产品的Fe、Cr、Ni、C、N等元素的含量的影响不明显。熔盐中钙热还原氧化铪属于金属导电体介入的电子迁移还原反应模式,添加的熔盐作为载体,传输还原剂Ca和反应副产物CaO,降低氧含量。溶解在熔盐中的Ca是以具有还原性的Ca22+、Ca、Ca+离子的形式存在的,氧化铪主要通过Ca22+、Ca、Ca+进行还原的：HfO2+4e-→Hf+2O2-; HfO2+2Ca++2e-→Hf+2Ca2++2O2-; HfO2+Ca22++2e-→Hf+2Ca2++2O2-。少量氧化铪通过形成中间产物CaHfO3逐步进行还原的：HfO2+CaO→CaHfO3; CaHfO3+2Ca→Hf+3CaO。适宜的高温可以提高钙传质过程,促进铪酸钙还原反应进行,同时也提高CaO在CaCl2中的溶解度和溶解速率,使CaO不会覆盖在产物表面阻碍反应的进行。(本文来源于《北京有色金属研究总院》期刊2013-05-14）
王娜,朱鸿民[8]（2012）在《熔盐钠热还原NbCl_5制备金属铌粉》一文中研究指出在熔盐中用钠热还原法直接还原NbCl5制备铌粉。采用XRD、FESEM和EDS对产品粉末的结构、形貌和成分进行检测。结果表明,在摩尔百分比组成为LiCl-10.0%NaCl-36.0%KCl、LiCl-44.2%KCl-5.3%CaCl2和LiCl-11.6%KCl-36.1%CaCl2的熔盐中均可获得纯纳米铌粉,经熔盐原位750℃热处理可以降低产品氧含量。(本文来源于《有色金属(冶炼部分)》期刊2012年07期）
张宇,袁中伟,郑卫芳,晏太红,张生栋[9]（2010）在《CaCl_2-NaCl熔盐体系中直接电解还原二氧化锆制备金属锆》一文中研究指出锆因其熔点高(1852℃)、机械强度高、耐腐蚀和中子吸收率低等特点而被广泛应用于核工业。尤其是在核反应堆中,Zr及其合金(2%～10%,质量分数)通常用于核燃料组件的包壳材料。当前,直接电解还原固态氧化物制备金属已被证实是一种流程简单、能耗低的新技术而被广为应用。另外,ZrO2和UO2的分解电压很接近(ZrO2,2.370V;UO2,2.374V,700℃),因此,前期旨在通过非(本文来源于《中国原子能科学研究院年报》期刊2010年00期）
敖先权[10]（2008）在《熔盐体系中甲烷还原氧化锌制取合成气和金属锌的基础研究》一文中研究指出本论文以甲烷转化、金属锌和氢气的制备及太阳能的利用为背景,对利用CH_4在熔融盐中还原ZnO同时制取合成气和金属锌这一具有潜在经济和环境效益的非传统反应体系进行了探索研究。该过程将高温熔融盐技术与催化反应过程耦合在一起,通过熔融盐超越的储热、导热特性向熔融盐反应器动态提供反应所需热量,并实现对反应过程稳定性和安全性的有效控制,因而有望成为甲烷转化路线中的关键技术,以解决当前能源、资源和环境等重大问题。作为熔融盐反应器的核心,熔融碱金属碳酸盐具有特殊的物理化学性能,直接影响到反应体系的建立,反应过程的优化和控制。目前熔融碱金属碳酸盐还在无烟燃烧、能源转化、先进材料制备以及燃料电池等方面展示出广阔的应用前景,相关的研究已逐渐形成了化工、冶金、能源、催化、新材料等多学科交叉渗透的新领域。基于熔融盐的组成和性能之间的关系,借助多种现代材料表征手段和实验室自行研发的高温熔融盐反应评价装置,采用理论分析、计算模拟和实验相结合的方法对熔融盐的选择、反应体系的建立、反应过程及系统流程进行了一些新的基础性探索。研究内容主要涉及以下四个方面:1、热力学分析论文首先从热力学的角度对系统进行了研究。基于Gibbs自由能最小原理,结合平衡反应模型,利用HSC Chemistry(?)5.1化学热力学模拟软件,计算了反应体系有关△rG°,△rH°,K_p°,C_p°,及平衡组成。理论分析表明:由于CH_4与Li_2CO_3具有较强的反应,合适的熔融盐体系应为Na_2CO_3/K_2CO_3组合,而不能用Li_2CO_3。对于CH_4与ZnO在熔融碱金属碳酸盐中的反应体系,合成气摩尔浓度随反应温度的升高而升高,合适的反应温度在1200K左右,可以得到H_2/CO为2的合成气,高的ZnO/CH_4比例可以提高CH_4转化率和降低积碳的生成。在我们研究的温度范围(1073～1223K)及0.1MPa压力下,按化学计量系数反应,在熔融盐体系中CH_4的最大平衡转化率接近100%,ZnO转化率大于80%。2、CH_4在熔融碱金属碳酸盐中的还原行为CH_4作为一种较强的还原剂,必须考虑其与熔融盐的反应。对CH_4与熔融碳酸盐(Li_2CO_3,Na_2CO_3,K_2CO_3)的反应产物组分及过程的研究结果表明:气体产物中CO,CO_2的含量随反应温度的升高而增加;随反应时间的增加而降低;反应活性大小变化规律为:Li_2CO_3＞＞Na_2CO_3＞K_2CO_3,实验结果与理论分析相符。混合熔融盐具有更高的CO选择性,并且气体产物中CO,CO_2浓度及CH_4转化率随反应时间增加降低较快,较纯组分更适合作CH_4转化反应介质。反应机制的探讨表明H_2,CO,CO_2的产生分别来自于CH_4裂解及裂解C与熔融碱金属碳酸盐的反应,由此推断熔融盐还具有消碳功能。3、CH_4与ZnO在熔融盐体系中的反应在固定床反应器中的研究发现,少量碳酸盐Na_2CO_3/K_2CO_3对CH_4与ZnO的反应具有催化作用,其催化机理与煤—CO_2气化机理相似。研究引入了缩核模型来描述其反应过程机理,初步推导了在熔融盐反应体系中的缩核模型数学表达式。在熔融盐叁相流反应器中利用熔融盐(质量比为1∶1的Na_2CO_3/K_2CO_3)作反应介质对CH_4与ZnO反应实验研究表明,反应尾气组分主要是H_2,CO和CH_4,未检测到CO_2气体,其中合成气的量及H_2/CO比例随反应温度的升高而增加,在1198K左右获得了H_2/CO比例为2的合成气。反应后在熔融盐中获得了金属锌产品,并通过XRD、EPMA、SEM、EDS等检测表征。实验表明反应产生的金属锌被熔融盐吸收并沉积在反应器底部,合成气和金属锌分别从气相和熔融盐中自然分离而分开获得,这可解决由直接气—固反应引起的反应器堵塞和产物分离等问题。通过在反应体系中引入CO_2的研究发现,ZnO对CH_4/CO_2重整反应还有一定的催化作用,由此得出在ZnO反应床通入纯CH_4气体,ZnO主要提供晶格氧部分氧化CH_4,而当通入CH_4/CO_2混合气时,ZnO可作为CH_4/CO_2重整制备合成气催化剂,在1193K时可得到H_2/CO比例为0.88的合成气,与理论值相接近。利用XRD对反应前后的ZnO进行分析表明,在与CH_4/CO_2混和气体反应6h后ZnO的物相没有发生改变,催化机理按Redox模式,金属锌起到中间产物的作用。由于CH_4与熔融盐具有一定程度的反应,并伴随CO_2的生成,所以CH_4与ZnO在熔融盐中的反应过程包含了CH_4部分氧化和CO_2重整耦合反应,ZnO既能提供晶格氧,又能起到催化剂的作用。由此,CH_4与ZnO在熔融盐介质中的反应存在熔融盐对CH_4与ZnO反应的催化和ZnO对CH_4/CO_2重整反应的催化两个催化过程。4、太阳能熔融盐化学循环转化新体系利用太阳能可以大规模、高效地制氢,同时减少甚至消除温室气体的排放,为实现未来可持续能源体系提供了有力的保证。在前面的研究基础上,论文提出了太阳能熔融盐化学循环反应体系新思路,整个过程分两步:第一步,利用熔融碱金属碳酸盐吸收、储备、传输太阳能,在熔融盐介质中CH_4与金属氧化物M_xO_y反应生成相应的金属和合成气;第二步,金属分解水产生氢气和相应M_xO_y,从而M_xO_y又循环到第一步再利用。对CH_4与几种M_xO_y气—固相反应的△rG°进行了计算和分析,进一步分析了在熔融碱金属碳酸盐中反应温度对反应产物平衡组分的影响。结果表明,理论上只有ZnO和SnO_2适合该反应体系,其反应气体产物中合成气的量随反应温度的升高而增加,比较适宜的反应温度在1200K左右。利用太阳能规模化生产金属锌,100MW的太阳能能量系统至少可以提供每秒生产5.32kg液态金属Zn所需能量,实现每秒将3.6×10~4kJ的太阳能转化为化学能。本论文工作不仅提出了CH_4转化和工业制锌技术的新方法,并有助于加深对熔融盐反应体系的认识,拓展熔融盐的研究应用领域,更有可能为利用太阳能制氢提供新途径。(本文来源于《昆明理工大学》期刊2008-04-01）
熔盐金属热还原论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
随着核能的广泛应用,乏燃料的后处理已经成为制约核能可持续发展的关键问题之一。裂变产物中镧系元素(Ln)因具有很大的中子吸收截面,阻碍核裂变,是核燃料循环过程中最有害的产物。干法后处理被认为是有前途的乏燃料后处理技术,通过熔盐电解和熔盐/液态金属萃取的方法,将锕系元素(An)和镧系元素(Ln)分离,回收U、Pu和次锕系元素,实现核燃料的回收再利用。因此,为了实现镧锕分离,本文主要研究了Ln(Ⅲ)在LiCl-KCl共晶盐中固(W、Cu)、液态(Pb,Bi,Sn)电极上电化学提取分离Ln元素,同时探讨熔融盐LiCl-KCl-LnCl_3/液态Bi-Li合金体系还原萃取Ln。主要的研究内容如下:1、研究Ln(Ⅲ)在惰性W电极上的电化学行为,测定了Ln(Ⅲ)在不同温度的扩散系数。在773 K下Dy(Ⅲ)、Ho(Ⅲ)、Yb(Ⅲ)离子的扩散系数分别为0.73×10~(-5)cm~2s~(-1)、1.66×10~(-5)cm~2 s~(-1)、1.86×10~(-5)cm~2 s~(-1)。通过开路计时电位法(OCP)确定Ho(Ⅲ)/Ho的平衡和表观电极电势等电化学参数。2、采用暂态和稳态的电化学方法研究了Cu电极上Dy(Ⅲ)、Ho(Ⅲ)的电化学行为、电极过程动力学和热力学及电沉积机理,并采用电化学方法检测了电解提取过程中Ln(Ⅲ)浓度的变化。(1)确定每种Cu-Dy和Cu-Ho金属间化合物析出电位和平衡电位,Dy(Ⅲ)、Ho(Ⅲ)在Cu电极上析出电位正移,有明显的去极化作用。(2)计算了Cu-Dy和Cu-Ho金属间化合物的标准摩尔生成Gibbs自由能、焓、熵等热力学参数。(3)采用线性极化(LP)法测定Dy(Ⅲ)/Cu_5Dy和Dy(Ⅲ)/Cu_(9/2)Dy电极反应的交换电流密度(j_0),根据j_0与温度的线性关系,计算相应电极反应的活化能(E_a)分别为26.08 kJ mol~(-1)和22.55 kJ mol~(-1)。(4)恒电位电解提取Dy、Ho,XRD和SEM-EDS表征结果表明在不同条件下制备了五种Cu-Dy化合物和四种Cu-Ho金属间化合物。在-2.15 V电解提取Dy(16 h)和Ho(20 h)最大提取率分别为99.2%和99.4%。3、研究了Ho(Ⅲ)在Bi电极上电沉积机理、电极过程动力学和热力学,并采用电化学方法在线监测了电解提取过程中Ln(Ⅲ)浓度的变化。(1)确定每种Bi-Ho金属间化合物析出电位和平衡电位,Ho(Ⅲ)在液态Bi电极上析出电位正移,具有明显的去极化作用。(2)通过EMF计算了Bi-Ho金属间化合物的的标准摩尔生成Gibbs自由能、焓、熵等热力学参数。(3)通过循环伏安法(CV)计算了773 K下液态Bi电极上Ho(Ⅲ)/Ho(0)氧化还原的电荷传递系数(α)为0.45-0.49。(4)采用恒电流(-0.1 A)/恒电位(-1.5 V)在LiCl-KCl-HoCl_3熔盐中电化学提取Ho,9 h后得到产物为BiHo。利用绘制的Ho(Ⅲ)浓度与方波伏安曲线峰值电流密度之间关系的校准曲线,通过方波伏安法(SWV)在线监测提取过程Ho(Ⅲ)浓度的变化,对比从ICP-AES分析得到的结果,相对误差约为±6.1%,证实了SWV在线监测熔盐电解提取Ho的可行性。同时计算了提取效率,在-1.6 V恒电位电解27 h,提取率最高可达95.9%,平均提取速率可达2.95×10~(-6)mol cm~(-3)h~(-1)。4、研究了Dy(Ⅲ)、Ho(Ⅲ)、Yb(Ⅲ)在Pb电极上电沉积机理、电极过程动力学和热力学。(1)确定每种Pb-Ln金属间化合物析出电位和平衡电位。Dy(Ⅲ)、Ho(Ⅲ)、Yb(Ⅲ)在液态Pb电极上析出电位正移,具有明显的去极化作用。变价Yb(Ⅲ)在液态Pb阴极上的反应机理为两步转移:Yb(Ⅲ)+e~-→Yb(II),Yb(II)+2e~-→Yb(0)。(2)通过EMF计算了Pb-Dy金属间化合物的的标准摩尔生成Gibbs自由能、焓、熵等热力学参数。(3)通过Tafel测定Dy(Ⅲ)/Dy(Pb)电极反应的j_0、电荷传递系数α,根据j_0与温度的线性关系,计算Dy(Ⅲ)/Dy(Pb)电极反应活化能为23.12 kJ mo~(-1)。同时,利用CV也计算了773 K下Ho(Ⅲ)/Ho(0)氧化还原的电荷传递系数α。(4)采用恒电位/恒电流在液态Pb电极电化学提取Ln(Dy、Ho、Yb),提取的产物利用XRD和SEM-EDS表征,得到不同的Pb-Ln金属间化合物。在-1.52 V电解提取Dy(20 h)提取率最高可达97.2%,平均提取速率可达6.17×10~(-6)mol cm~(-3)h~(-1)。5、研究变价Yb(Ⅲ)在液态Sn电极上电沉积机理、电极过程动力学。确定每种Sn-Yb金属间化合物析出电位,Yb(Ⅲ)在液态Sn电极的析出电位正移是由于Sn-Yb金属间化合物的生成。变价Yb(Ⅲ)在液态Sn电极上的反应机理为两步转移:Yb(Ⅲ)+e~-→Yb(II),Yb(II)+2e~-→Yb(0)。利用LP法测定不同温度Yb(Ⅲ)/Sn_3Yb电极反应的j_0,并计算了其电极反应活化能E_a。在0.015 A恒电流电解提取12 h,得到Sn_3Yb、SnYb合金;而在-1.3 V、-1.4 V和-1.45 V进行电解提取20 h,提取产物皆为Sn_3Yb。6、在熔融盐LiCl-KCl-LnCl_3/液态Bi-Li体系研究还原萃取Ln(Ce、Sm),并采用电化学方法监测了萃取过程中Ln(Ⅲ)离子浓度、价态的变化。(1)测定了Bi-Li合金中Li含量、温度和搅拌速度对Ce和Sm的萃取速率、萃取率和分配比的影响,发现Ce和Sm的萃取效率和分配比随着温度、Bi-Li合金中Li含量和搅拌速度增加而增加,且Ce的萃取效率比Sm大得多。在单一Ln组分熔盐中Ce(Sm)的萃取效率均高于混合组份熔盐中Ce(Sm)的萃取效率。采用XPS和线性扫描伏安法(LSV)研究Sm的还原萃取机理,发现在萃取过程产生了Sm(II)。通过XRD、SEM-EDS表征萃取产物,证明了Ce(Ⅲ)、Sm(Ⅲ)和Sm(II)被成功的从熔盐中萃取到液态Bi-Li合金中。(2)根据673-873 K下的Ln(Ce,Sm)离子浓度与SWV峰值电流密度之间关系的校准曲线,通过SWV在线监测LiCl-KCl/Bi-Li体系中Ln(Ce,Sm)的还原萃取过程。检测结果与ICP-AES的分析结果一致,相对误差约为±2.1%。实验结果证实采用SWV在线监测LiCl-KCl-LnCl_3/Bi-Li体系中Ln萃取进程的可行性。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
熔盐金属热还原论文参考文献
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