一種測定弱電解質(zhì)溶液解離常數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種測定弱電解質(zhì)溶液解離常數(shù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，人類經(jīng)歷了由于全球氣候變暖帶來的種種災(zāi)難，進(jìn)而對全球氣候變暖問 題達(dá)成了共識。由于溫室氣體排放過量而造成的全球氣候變暖及其帶來的各種環(huán)境問題已 經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。溫室氣體種類繁多，其中co 2尤以突出，大氣中co2含量的提高是造 成全球變暖的主要原因之一。因此，尋找到有效的減排和隔離二氧化碳的方法已成為世界 各國的共識，同時進(jìn)行了許多討論與實(shí)踐。其中，有機(jī)醇胺化學(xué)吸收法由其吸收高效、低成 本等優(yōu)點(diǎn)迅速成為工業(yè)氣體凈化的主要方法之一，但傳統(tǒng)MEA吸收方法無法滿足日益增長 C02捕集需求。為了研究不同有機(jī)胺吸收/解吸C02的特性，從而為確定一種新型的捕集0) 2的 方法提供必要的理論指導(dǎo)，對各種體系的反應(yīng)機(jī)理和動力學(xué)模型的研究已成為重中之重。 解離常數(shù)是一種特定類型的平衡常數(shù)，能為分析不同反應(yīng)條件對反應(yīng)速率的影響，提供化 學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理和過渡態(tài)的信息，是化學(xué)反應(yīng)過程中研究反應(yīng)速率必不可少的關(guān)鍵信 息。因此，開發(fā)出高效、快速的解離常數(shù)的測定方法可為C〇2捕獲領(lǐng)域提供更加快速便捷的 研究手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，提供一種采用快速動力學(xué)停流裝置(Stopped-flow)測 定弱電解質(zhì)溶液的解離常數(shù)的新方法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種測定弱電解質(zhì)溶液解離常數(shù)的方法，所述弱電解 質(zhì)溶液的解離常數(shù)Kb利用快速動力學(xué)停流裝置進(jìn)行測定；
[0005] (1)在某一測定溫度下，將快速動力學(xué)停流裝置的所有儲液單元均注入同種相同 濃度c的弱電解質(zhì)溶液，測定弱電解質(zhì)溶液在該濃度下的表觀摩爾電導(dǎo)率Λ m;
[0006] (2)在該測定溫度下，改變?nèi)蹼娊赓|(zhì)溶液的濃度，再重復(fù)進(jìn)行步驟（1)表觀摩爾電 導(dǎo)率測定;依次類推，分別測定出弱電解質(zhì)溶液在不同濃度下的表觀摩爾電導(dǎo)率A m; Λ G
[0007] (3)根據(jù)公式」_=1 + , ，以對cAm作圖，截距即為再根據(jù)直線的 Am 八：kb(A:)2 斜率即可求得在該測定溫度下此弱電解質(zhì)溶液的解離常數(shù)Kb;
[0008] 其中，ΛΓη表示無限稀時摩爾電導(dǎo)率，c0表示標(biāo)準(zhǔn)摩爾濃度lmol/L。
[0009] 進(jìn)一步地，所述測定溫度為10-60°C。
[0010] 進(jìn)一步地，所述弱電解質(zhì)溶液為醇胺溶液。
[0011] 進(jìn)一步地，所述醇胺溶液為甲基二乙醇胺溶液，濃度為〇. 〇1-〇. 〇5mol/L。
[0012] 進(jìn)一步地，所述醇胺溶液為一乙醇胺溶液，濃度為0.001-0.005mol/L。
[0013] 現(xiàn)有技術(shù)中，stopped-f low通常應(yīng)用在快速反應(yīng)動力學(xué)的測定和反應(yīng)機(jī)理的研究 方面，（參見：Ali SH,Merchant SQ,Fahim MA.Reaction kinetics of some secondary alkanolamines with carbon dioxide in aqueous solutions by stopped flow technique.Separation and Purification Technology.2002;27:121_36·)，未有直接使 用Stopped-flow手段直接測定解離常數(shù)的報(bào)道。本發(fā)明根據(jù)Stopped-flow在測定反應(yīng)動力 學(xué)方面的工作機(jī)理提出在儲液單元注入同一液體，通過Stopped-f low的氣動推送系統(tǒng)將液 體注入電導(dǎo)池單元，經(jīng)系統(tǒng)自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自帶軟件可直接得到相應(yīng)濃度和溫度下溶 液的表觀電導(dǎo)率進(jìn)而得到相應(yīng)的解離常數(shù)K b、Ka& △ rGm。
[0014] 本發(fā)明提出了一種采用快速動力學(xué)停流裝置(Stopped-flow)測定解離常數(shù)的新 方法:利用stopped-f low測定不同濃度下溶液的電導(dǎo)率，根據(jù)Ostwald的稀釋定律求得弱電 解質(zhì)溶液的解離常數(shù)，本發(fā)明還可以測試不同溫度下弱電解質(zhì)溶液的解離常數(shù)。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是，可直接快速得到弱電解質(zhì)在不同溫度下準(zhǔn)確可靠的解離常 數(shù)，實(shí)驗(yàn)操作簡單、結(jié)果準(zhǔn)確性高、可重復(fù)性強(qiáng)，僅耗試劑220微升，大大節(jié)省原料并能取得 非常好的技術(shù)效果。
【附圖說明】
[0016] 圖1表示本發(fā)明使用的快速動力學(xué)停流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2表示實(shí)施例1測得MDEA的^對c Λm的直線圖。
[0018] 圖3表示實(shí)施例2測得的MEA的f對c Λ m的直線圖。 八m
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0020] 實(shí)施例1:MDEA溶液測定
[0021]所用快速動力學(xué)停流裝置英文名為stopped-flow，所以裝置的儀器型號是SF-61DX;儀器的示意圖如圖1所示，其中電導(dǎo)池為一圓柱形電導(dǎo)池，3cm長，3cm直徑，兩端由鉑 電極密閉，對于待測樣品，測定溫度范圍為10-60°C。將待測醇胺溶液配置成0.1-0.5mol/L 的水溶液，再用去離子水稀釋十倍至一百倍。具體實(shí)驗(yàn)過程:先用去離子水反復(fù)洗滌儲液單 元A、B、C、D 3次以上，并通過氣動推導(dǎo)儲液單元C、D洗滌電導(dǎo)池，然后將同一樣品再分別注 入儲液單元A、B、C、D 0.01mol/L的MDEA(甲基二乙醇胺溶液）。之后由Stopped-Flow自帶實(shí) 驗(yàn)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在室溫為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，前5次測量結(jié)果舍掉，取之后7次測定結(jié) 果平均值，整個體系的溫度通過恒溫循環(huán)水浴控制。測定的結(jié)果用stopped-flow自帶軟件 進(jìn)行擬合，擬合度99.9%以上。本實(shí)施例利用直線的截距計(jì)算出Λ〉再利用公式(4)計(jì)算每 個濃度條件下的K b，可以看出Kb的值相差不大，取其平均值即可；也可以利用擬合的直線的 斜率直接計(jì)算K b。
[0022] 表1 MDEA在25°C下的電導(dǎo)率測試結(jié)果
[0023]
[0024] Kfe…·..........…·.............（!） 1-a
[0025] 對于無限稀的溶液的電解質(zhì)溶液活度系數(shù)a=l，離子的電迀移率隨濃度變化可忽 略不計(jì)，則： 八
[0026] --=a..................................(2) Am
[0027] 根據(jù)Ostwald的稀釋定律： Λ 1
[0028] 1 := 1 -|-_C .： (3) Am Λ： kb(A：)2
[0029] 而整理上述方程（1)、（2)、（3)可得：
[0030] Kb-nCAffl.........................⑷ (C)2(l/Ara-Ι/A:)
[0031 ] 式中，Λ m為表觀摩爾電導(dǎo)率，無限稀時摩爾電導(dǎo)率。以f對c Λ m作圖，截距即 Itt 為，帶入公式求得Kb。 v.m
[0032] 在酸性氣體脫除方面ArGm可以用作判斷胺溶液是否適合作為酸性氣體吸收劑， A rGm越大堿性越強(qiáng)，C〇2的吸收動力學(xué)越快
[0033] Kw=Ka · Kb........................(5)
[0034] log(Kw) =-22.759+0.0294T.................(6)
[0035] ArGm=-RTln(Ka)....................(8)
[0036]式中Kw表不水的離子積常數(shù)，R表氣體常數(shù)，A rGm表吉布斯自由能結(jié)合公式（5)、 (6)、（ 7)即可求得 pKjP △ rGm。
[0037] 用上述方法，可以在10、20、30、40、50、60°(3下分別測定0.01111〇1/1的]\?^4的電導(dǎo) 率，并將結(jié)果與作圖最終推導(dǎo)不同濃度不同溫度下的Kb值。
[0038] 實(shí)施例2:MEA溶液測定
[0039]用實(shí)施例1的方法，在常溫常壓下，將0.001-0.005mol/L的MEA( -乙醇胺溶液)水 溶液重復(fù)實(shí)施例1操作，測試結(jié)果如表2所示。依據(jù)以^對cAm作圖，得到圖3。依據(jù)圖3擬合 的直線的截距和斜率即可計(jì)算出Kb。測試結(jié)果與文獻(xiàn)在相同溫度條件下的測定結(jié)果十分接 近，并且本方法相同溫度下對應(yīng)的不同濃度的結(jié)果更加穩(wěn)定。
[0040] 棄5? MFA亦5>Fi°r下的由導(dǎo)蜜測試結(jié)里
[0041]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測定弱電解質(zhì)溶液解離常數(shù)的方法，其特征在于，所述弱電解質(zhì)溶液的解離常 數(shù)Kb利用快速動力學(xué)停流裝置進(jìn)行測定； (1) 在某一測定溫度下，將快速動力學(xué)停流裝置的所有儲液單元均注入同種相同濃度C 的弱電解質(zhì)溶液，測定弱電解質(zhì)溶液在該濃度下的表觀摩爾電導(dǎo)率Am; (2) 在該測定溫度下，改變?nèi)蹼娊赓|(zhì)溶液的濃度，再重復(fù)進(jìn)行步驟（1)表觀摩爾電導(dǎo)率 Am的測定;依次類推，分別測定出弱電解質(zhì)溶液在不同濃度下的表觀摩爾電導(dǎo)率Am;(3 )根據(jù)公式 ，W ^對C Λ m作圖，截距即為^，再根據(jù)直線的斜率 Am 八化 即可求得在該測定溫度下此弱電解質(zhì)溶液的解離常數(shù)Kb; 其中，表示無限稀時摩爾電導(dǎo)率，C9表示標(biāo)準(zhǔn)摩爾濃度Imol/L。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測定溫度為10-60°C。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述弱電解質(zhì)溶液為醇胺溶液。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述醇胺溶液為甲基二乙醇胺溶液，濃度為 0.01-0.05mol/L〇5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述醇胺溶液為一乙醇胺溶液，濃度為 0.001-0.005mol/L〇
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測定弱電解質(zhì)溶液解離常數(shù)的方法，所述弱電解質(zhì)溶液的解離常數(shù)Kb利用快速動力學(xué)停流裝置進(jìn)行測定；(1)在某一測定溫度下，將快速動力學(xué)停流裝置的所有儲液單元均注入同種相同濃度c的弱電解質(zhì)溶液，測定弱電解質(zhì)溶液在該濃度下的表觀摩爾電導(dǎo)率Λm；(2)在該測定溫度下，改變?nèi)蹼娊赓|(zhì)溶液的濃度，再重復(fù)進(jìn)行步驟(1)表觀摩爾電導(dǎo)率Λm的測定；依次類推，分別測定出弱電解質(zhì)溶液在不同濃度下的表觀摩爾電導(dǎo)率Λm；(3)根據(jù)公式以對cΛm作圖，截距即為再根據(jù)直線的斜率即可求得在該測定溫度下此弱電解質(zhì)溶液的解離常數(shù)Kb；其中，表示無限稀時摩爾電導(dǎo)率，cθ表示標(biāo)準(zhǔn)摩爾濃度1mol/L。
【IPC分類】G01N27/06
【公開號】CN105548272
【申請?zhí)枴緾N201510887233
【發(fā)明人】梁志武, 劉彬, 童柏棟, 劉賀磊, 鄧志凱
【申請人】湖南大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月7日