无机盐在超临界水中的溶解度研究

ＳＣＷＯ应用到实际过程中时，由于无机盐在超 临 界 水 中 溶 解 度 极 低 ，析 出 、结 晶 的 无 机 盐 固 体 不 断 沉 积 在 反 应 器 表 面 上 ，增 加 反 应 器 压 降 ，恶 化 传 热 ，导 致 反 应 器 堵 塞 ［５６］；同 时 ，在 高 温 高 压 及 富 氧 条 件 下 ，无 机 盐 的 存 在 也 会 导 致 设 备 的 腐 蚀 ，特 别 是氯盐和硫酸盐类，由于 Ｃｌ元素和 Ｓ元素的存在， 对反应器 的 腐 蚀 尤 为 严 重［７］。因 此，掌 握 氯 盐 和 硫酸盐在超 临 界 水 中 溶 解 度 大 小 的 基 础 数 据，对 于超临界水 氧 化 实 验 中 反 应 器 的 设 计、运 行 和 优
收稿日期：２０１７０６０９ 修改稿日期：２０１７０７０４ 基金项目：江苏省环保科研项目（２０１２０３１）；江苏省工业支撑计划（ＢＥ２０１３１２７） 作者简介：闫正文（１９９３－），男，安徽滁州人，南京工业大学在读硕士研究生，师从廖传华教授，主要从事超临界水氧化技
第 ４７卷第 ３期 ２０１８年 ３月
应 用 化 工 ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖｏｌ．４７Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０１８
无机盐在超临界水中的溶解度研究
闫正文，廖传华，廖玮，朱跃钊
（南京工业大学 机械与动力工程学院，江苏 南京 ２１０００９）
摘 要：采用连续式超临界反应器，考察温度对于无机盐在超临界水中的溶解度影响。结果表明，随着温度的升 高，无机盐的溶解度逐渐降低；在相同温度下，氯盐的溶解度随阳离子离子半径及电荷数的增大而减小，即 ＮａＣｌ＞ ＫＣｌ＞ＣａＣｌ２，硫酸盐的溶解度也呈现同一规律，即 Ｎａ２ＳＯ４＞Ｋ２ＳＯ４＞ＣａＳＯ４；在相同温度下，阳离子相同，盐的溶解度 随阴离子离子半径和电荷数的增大而减小，即 ＮａＣｌ＞Ｎａ２ＳＯ４，ＫＣｌ＞Ｋ２ＳＯ４，ＣａＣｌ２ ＞ＣａＳＯ４；当温度从 ３８０℃升至 ４００℃时，无机盐溶解度下降趋势最快，ＮａＣｌ、ＫＣｌ和 ＣａＣｌ２ 的溶解度区间分别为：２１３．７２×１０－６ ～１６５．２４×１０－６， １８５．８１×１０－６～１４３．６４×１０－６，８０．２３×１０－６ ～７．２６×１０－６，Ｎａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４和 ＣａＳＯ４ 的溶解度区间分别为：８５．７２× １０－６ ～１４．３６×１０－６，６０．２４×１０－６ ～５．１２×１０－６，０．０４８×１０－６ ～０．０１２×１０－６。 关键词：超临界水氧化；温度；无机盐；溶解度 中图分类号：ＴＱ０１；ＴＱ１１０ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－３２０６（２０１８）０３－０５１４－０３
Ａ ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｏｆｉｎｏｒｇａｎｉｃｓａｌｔｓｉｎｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｗａｔｅｒ
ＹＡＮＺｈｅｎｇｗｅｎ，ＬＩＡＯＣｈｕａｎｈｕａ，ＬＩＡＯＷｅｉ，ＺＨＵＹｕｅｚｈａｏ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｃｈｉｎｅｒｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｏｆｉｎｏｒｇａｎｉｃｓａｌｔｓｗａｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｒｅａｃｔｏｒ，ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｏｆｉｎｏｒｇａｎｉｃｓａｌｔｓｗａｓｒｅｄｕｃｅｄ；Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃａｔｉｏｎ ｉｏｎｒａｄｉｕｓａｎｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｃｈａｒｇｅ，ｔｈｅｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｏｆｃｈｌｏｒｉｎｅｓａｌｔｓａｒｅｄｅｃｒｅａｓｅｄ：ＮａＣｌ＞ＫＣｌ＞ห้องสมุดไป่ตู้ａＣｌ２， ａｎｄｔｈｅｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｏｆｓｕｌｆａｔｅｓａｌｓｏｓｈｏｗｔｈｅｓａｍｅｌａｗ：Ｎａ２ＳＯ４ ＞Ｋ２ＳＯ４ ＞ＣａＳＯ４；Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｔｈｅｉｎｏｒｇａｎｉｃｓａｌｔｓｈａｖｅｔｈｅｓａｍｅａｎｉｏｎ，ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆａｎｉｏｎｉｏｎｒａｄｉｕｓａｎｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｃｈａｒｇｅ， ｔｈｅｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｏｆｓａｌｔｓａｒｅｒｅｄｕｃｅｄ：ＮａＣｌ＞Ｎａ２ＳＯ４，ＫＣｌ＞Ｋ２ＳＯ４，ＣａＣｌ２ ＞ＣａＳＯ４；Ｗｈｅｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｒｏｍ３８０℃ ｔｏ４００℃，ｔｈｅｄｅｃｌｉｎｅｏｆｔｈｅｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｏｆｉｎｏｒｇａｎｉｃｓａｌｔｓｉｓｆａｓｔｅｓｔ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｖａｌｏｆｔｈｅｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｏｆＮａＣｌ，ＫＣｌａｎｄＣａＣｌ２：２１３．７２×１０－６ ～１６５．２４×１０－６，１８５．８１×１０－６ ～１４３．６４×１０－６，８０．２３×１０－６ ～７．２６×１０－６，ａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｖａｌｏｆｔｈｅｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｏｆＮａ２ＳＯ４，Ｋ２ＳＯ４ａｎｄＣａＳＯ４：８５．７２×１０－６ ～１４．３６× １０－６，６０．２４×１０－６ ～５．１２×１０－６，０．０４８×１０－６ ～０．０１２× １０－６． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｗａｔｅｒｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｉｎｏｒｇａｎｉｃｓａｌｔｓ；ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ
超临界 水 的 物 理、化 学 性 质 均 较 常 态 下 的 水 发 生 了 显 著 的 变 化 ，既 不 同 于 液 态 水 ，也 有 别 于 气 态水 ［１］。超临 界 水 氧 化 技 术 （ＳＣＷＯ）以 超 临 界 水 作为化学 反 应 介 质［２］，可 以 将 废 水 中 难 降 解 的 污 染物迅速氧化成 ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２、Ｎ２Ｏ杂原子形成相 应的 酸 或 盐 ，最 终 达 到 无 害 化 的 水 热 反 应 技 术 ［３］。 美国将超临界水氧化法列为国家六大关键技术领 域 之 一 的 “能 源 与 环 境 ”领 域 中 最 有 前 途 的 废 物 处 理 技 术 ［４］。