离子交换增强技术中熔盐添加剂作用的研究

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离子交换过程不断向熔盐中引入杂质离子,交换后玻璃强度随杂质离子含量的增加而降低,需要定期使用添加剂维持熔盐的增强效果。研究熔盐添加剂对离子交换的影响,对延长熔盐的使用寿命具有重要意义。本论文通过分析玻璃表面应力、K+分布、交换层深度、透过率、表面形貌和熔盐成分的变化,研究了不同浓度杂质离子和KOH对离子交换的影响以及添加剂除杂质离子的机理。玻璃在添加微量Fe(NO33的熔盐中增强后,其表面应力、交换层深度及抗弯强度基本不变。Fe3+与NO3-在熔盐中不能大量共存,Fe(NO33添加量为0.1mol%时熔盐底部有红棕色不溶物出现,XRD证实红棕色固体为Fe2O3,对离子交换没有影响。玻璃表面应力和交换深度随熔盐中Ca2+浓度增加而大幅减少,当Ca2+浓度为0.02mol%时,离子交换几乎停止。常见钙盐在KNO3熔盐中溶解度较低,CaCO3在450℃熔盐中饱和时Ca2+浓度为0.043mol%,平衡常数Ksp(CaCO3)=1.85×10-3。根据同离子效应原理,当溶液中存在与难溶电解质相同的离子时,难溶电解质沉淀更为完全。添加K2CO3可以引入大量CO32-,由平衡常数计算可知:当熔盐中含有1.85mol%的CO32-时,能充分抑制CaCO3在熔盐中的电离,使Ca2+浓度降低到0.001mol%。Na+对离子交换的影响不是很明显,当熔盐中Na+浓度为5.0mol%时,玻璃表面应力下降25%左右,交换层深度减少10%左右。在熔盐中Na2SiO3的溶解度比K2SiO3低,在含有Na+的熔盐中添加足量的K2SiO3,可使熔盐中Na+浓度降低到0.1mol%以下。工业纯KNO3熔盐中添加0.1mol%KOH后增强效果与分析纯KNO3熔盐相当,玻璃表面腐蚀程度随熔盐中OH-含量提高而加剧,杂质离子会加强腐蚀作用。另外,熔盐中的OH-吸收空气中CO2形成CO32-,OH含量不断降低,CO32-含量不断升高。
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