Факторы, влияющие на кинетику и механизм растворения диоксида титана и титанатов в серной кислоте

• Автор: Русакова, Светлана Михайловна
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 165 с. : ил.

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Строение и физикохимические свойства ТЮ2.

1.2. Результаты и методы для исследования адсорбционных состояний и кислотноосновных свойств поверхности оксидов

1.3. Определение констант ионизации оксидных

суспензий методом потенциометрического титрования со стеклянным электродом

1.4. Теоретическое обоснование классических методов потенциометрического титрования растворов кислот и щелочей

1.5. Титансодержащие минералы

1.6. Способы получения диоксида титана

1.7. Кинетические закономерности взаимодействия

оксидов металлов с растворами электролитов

1.8. Коррозионные и электрохимические свойства
Глава 2. Объекты и методы изучения кислотно
основных, адсорбционных, кинетических и электрохимических закономерностей на границе оксид титанараствор
2.2. Экспериментальные методы исследования
2.1. Объекты исследования
кислотноосновных характеристик, кинетических, адсорбционных, электрохимических характеристик ТЮ, и титанатов
Глава 3. Экспериментальное изучение влияния различных параметров на кинетику растворения диоксида титана и титанатов в сернокислых средах и анализ кинетических кривых растворения
3.1. Влияние различных параметров электролита на
кинетику растворения диоксида титана в серной кислоте
3.2. Влияние различных параметров электролита на
кинетику взаимодействия титанатов в серной кислотой
3.3. Разработка методов анализа кинетических данных
по растворению диоксида титана и титанатов с позиций формальной гетерогенной кинетики Глава 4. Экспериментальное исследование адсорбции и кислотноосновных свойств тю2 и титанатов
4.1. Расчет констант равновесия методом потенциометрического титрования
4.2. Расчет констант равновесия из данных зависимости 1 электрокинетического потенциала от электролита
4.3. Изучение адсорбции ионов на поверхности ТЮ2
4.4. Исследование ратворимости ТЮ2 и титанатов в 1 растворах серной кислоты
Глава 5. Экспериментальное
изучение
электрохимических свойств пассивного т и
5.1. Результаты экспериментального изучения 0 зависимости стационарного потенциала титанового электрода от
5.2. Моделирование анодного процесса и 2 поляризационных кривых 1оЕ.
5.3. Расчет парциальных токов отдельных стадий 2 механизма анодного растворения пассивного титана
Глава 6 Моделирование механизма растворения
диоксида титана и титаната железа П в серной кислоте
6.1. Схема механизма растворения диоксида титана в 5 серной кислоте
6.2. Схема механизма растворения ильменита в серной 8 кислоте
Общие выводы Литература
Введение


Диссертация выполнена по плану НИР кафедры Химия Московского государственного технического университета МАМИ при поддержке государственных контрактов П5, . Развитие научного потенциала высшей школы на гг. Литературный обзор 1. В чистом виде диоксид титана встречается достаточно редко. Основные характеристики ТЮ2 рутил, анатаз описаны в справочной литературе 1. В природе диоксид титана встречается в виде трех основных модификаций рутил, анатаз и брукит. Самой распространенной модификацией является рутил. Кристаллические структуры полиморфных модификаций ТЮ2 имеют сходства в том, что они состоят из искаженных октаэдров ТЮ6, которые могут соединяться через общие вершины или ребра 2. Каждая структура отличается между собой различным характером соединения и искажения октаэдров. Диоксид образует тетрагональные, часто характерно, образованные прозрачные и непрозрачные красные, иногда1 желтоватые кристаллы. Реже диоксид встречается в виде анатаза. Атомы титана в ячейке рутила расположены по вершинам и в центре элементарной ячейки, атомы кислорода по диагоналям, базисных плоскостей и по перпендикулярным к ним диагоналям, проходящим через центр ячейки. Титан в решетке рутила окружен шестью атомами кислорода в виде слегка деформированного октаэдра. Октаэдры ТЮ6 имеют по два общих ребра с соседними октаэдрами и образуют цепи, параллельные оси с рис. Рис 1. Анатаз кристаллизуется в тетрагональной сингонии, элементарная ячейка относится к пространственной группе атс1. Каждый титанкислородный октаэдр имеет по 4 общих ребра с соседними октаэдрами, образуя зигзагообразные цепочки. Упаковка атомов кислорода в структуре анатаза близка к плотнейшей кубической, в результате чего длины связей и углы в октаэдрах претерпевают значительные изменения рис. Атомы кислорода в бруките Рис. Атомы титана находятся в октаэдрических пустотах. При обычных условиях термодинамически стабильной модификацией ТЮ2 является рутил, тогда как анатаз и брукит метастабильны и переходят в рутил при нагревании 2. Закономерности процессов формирования метастабильных модификаций ТЮ2 при атмосферном давлении в настоящее время изучены недостаточно. Имеется несколько моделей, объясняющих, чем обусловлена стабилизация метастабильных фаз при низких температурах. Например, в работе 3 было показано, что образование и устойчивость анатаза или брукита в значительной степени определяется вкладом поверхностной энергии, причем, уменьшение размера частиц приводит к стабилизации метастабильные модификации ТЮ2. В работе 4 было показано, что стабильность фазы зависит от размера частиц следующим образом при размерах меньше нм наиболее стабилен анатаз, для частиц от до нм более стабилен брукит, а при размерах более нм рутил. Кристаллический диоксид титана белое тугоплавкое вещество Тпл. К. Химически он довольно инертен, не растворяется в кислотах и щелочах. Растворяется в Н и Н при длительном нагревании, а при сплавлении взаимодействует сощелочами, гидросульфатами и карбонатами щелочных металлов 5. Если сравнивать химическую активность полиморфных модификаций оксидатитана, то наиболее активным является анатаз, а более инертным рутил. Аморфный диоксид титана ТЮОН2 пН, полученный осаждением из растворов солей титана основаниями, обладает гораздо более высокой химической активностью, чем кристаллический ТЮ2. Известны несколько модификаций аморфного диоксида титана, изкоторых наибольший интерес представляют атитановая кислота и ртитановая кислота п1 Ртитановая кислота, п атитановая кислота, причем атитановая кислота переходит в ртигановую кислоту при нагревании. Известно, что атитановая кислота при комнатной температуре взаимодействует со многими кислотами, давая растворы соответствующих солей титанила ТЮ2, в то время, как Ртитановая кислота обладает меньшей химической активностью она взаимодействует при нагревании лишь с НБ давая комплексные ионы ГЩ2 и концентрированными В0ЧО3 и Н с образованием соответствующих солей титанила 6. В табл. Таблица 1. ПараметрМодификаци я Рутил Анатаз Брукит Ромбическая Iу .