Na2SO4-NaCl-H2O三元水鹽體系在313 K的相平衡研究

蘇麗鰻，江雅娟，蔣桑芬，劉俊劭

（1.武夷學院生態與資源工程學院，福建武夷山354300；2.福建省生態產業綠色技術重點實驗室（武夷學院），福建武夷山354300）

Na2SO4-NaCl-H2O三元水鹽體系在313 K的相平衡研究

蘇麗鰻1,2，江雅娟1,2，蔣桑芬1,2，劉俊劭1,2

（1.武夷學院生態與資源工程學院，福建武夷山354300；2.福建省生態產業綠色技術重點實驗室（武夷學院），福建武夷山354300）

采用濕固相法研究Na2SO4-NaCl-H2O三元水鹽體系在313 K條件下的相平衡關系；利用離子色譜測定該體系的溶解度數據，并繪制相圖。研究結果表明，利用等溫溶解平衡法測定313 K時的Na2SO4-NaCl-H2O溶解度數據，應用濕渣法確定固相組成；利用溶解度數據繪制相圖，該體系分為4個區，包括純的Na2SO4結晶區、純NaCl的結晶區、Na2SO4和NaCl的共同結晶區及不飽和區。

Na2SO4-NaCl-H2O；濕固相法；相圖；水鹽體系；離子色譜

水鹽體系相圖是研究無機鹽發生溶解、結晶、分離等相變化過程的重要手段，通過相圖的分析可以了解鹽類的溶解規律、結晶順序，還可以通過相圖進行物料計算，為化工工藝參數的選定和反應器的設計提供依據[1-4]。

硫酸鈉、氯化鈉和水的三元體系相圖是氯化鈉制硫酸鈉以及硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物生產的重要的基礎數據[5-7]。文獻表明，硫酸鈉在305.5 K至506 K之間可從水溶液中結晶出斜方晶系無水硫酸鈉，高于506 K時屬于單斜晶系。[8]工業上為了得到無結晶水的硫酸鈉產品，常將溫度控制在313 K左右，而目前對于Na2SO4-NaCl-H2O在313 K處的相平衡數據尚未見報道。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

碳酸鈉、氯化鈉、溴化鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉，以上藥品均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司生產。

離子色譜儀，IC 6000安徽皖儀科技有限公司；陰離子色譜柱，SH-AC-1青島盛翰色譜技術有限公司；多點磁力攪拌器，IKA/RT10德國IKA；恒溫槽，DC-0506上海比朗儀器有限公司；分析天平，BSA224S賽多利斯科學儀器（北京）有限公司。

1.2 方法

在恒溫瓶中加入20mL的去離子水和磁石將其聯通到恒溫槽上，用精密溫度計控制溫度，連接好攪拌器，在恒定溫度下進行攪拌，加入一定量的Na2SO4(NaCl)，使固體完全溶解。再加入NaCl(Na2SO4)攪拌一段時間，觀察晶體是否完全溶解，如果溶解，則繼續添加第2種鹽直至有晶體存在。每隔1h停止攪拌，靜置10min，取上清液分析，直到連續2次測定結果基本一致時，可認為體系達到平衡狀態，同時取濕渣樣進行分析。

1.3 分析測試方法

離子色譜法測定溶液和濕渣中Cl-和SO42-的濃度。離子色譜條件：淋洗液為3.6 mmol/L Na2CO3和6.0mmol/LNaHCO3混合溶液，淋洗液流量為1.5mL/min，抑制電流為75mA，進樣量為1mL。

1.4 標準曲線的繪制

以淋洗液為稀釋液，分別配制Cl-、SO42-，濃度分別為2、4、6、8、10mg/L；內標物Br-的濃度為4mg/L，在選定的色譜條件下平行測定3次，以與內標物的峰面積比和濃度比繪制標準曲線，其結果如圖1所示。

圖1 Cl-和SO42-標準曲線Figure 1 Cl-and SO42-standard curves

按上述方法對混合標準溶液進行測定.在選定的色譜條件下進行測定，以待測離子和內標物的峰面積比為縱坐標，以待測物離子濃度和內標物濃度比為橫坐標進行分析線性回歸，得方程分別為：氯離子,y=0.208 4x+0.575 9，R2=0.999 0；硫酸根離子，y=1.140 8x+0.390 5，R2=0.999 2。結果表明，Cl-、SO42-在2～10mg/L范圍內線性關系良好。

2 結果與討論

2.1 Na2SO4-NaCl-H2O三元體系的固液平衡

利用等溫溶解平衡法測定313 K時Na2SO4-NaCl-H2O三元水鹽體系的溶解度，應用濕固相法確定固相的組成，結果見表1。

表1 Na2SO4-NaCl-H2O三元體系的溶解度Table 1 Solubility of ternary system of Na2SO4-NaCl-H2O

2.2 Na2SO4-NaCl-H2O相圖的繪制與分析

應用等邊三角形表示法，利用表1中的數據，繪制313 K時Na2SO4-NaCl-H2O三元水鹽體系的相圖，如圖2。

圖2 313 K時Na2SO4-NaCl-H2O三元水鹽體系相圖Figure 2 Na2SO4-NaCl-H2O ternary water and salt system phase diagram at313 K

3 結論

采用等溫溶解平衡法測定313 K時的Na2SO4-NaCl-H2O溶解度數據，應用濕渣法確定固相組成；利用溶解度數據繪制相圖，結果表明該體系分為4個區，包括純的Na2SO4結晶區、純NaCl的結晶區、Na2SO4和NaCl的共同結晶區及不飽和區。

[1]朱巧麗,黃雪莉.-15℃下Na+，K+，Mg2+//Cl-，SO42--H2O體系相平衡[J].化工學報,2015,66(4):1252-11257.

[2]劉寶樹,何巖,孫華,等.45℃Na2SO4-MgSO4-H2O三元水鹽體系相平衡研究[J].河北科技大學學報,2013,34(1):36-39.

[3]鄧小楠,韓效釗,徐超,等.FeSO4-ZnSO4-H2O水鹽體系相圖及其應用[J].中國土壤與肥料,2014(3):98-101.

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[8]《化工百科全書》編輯委員會.化工百科全書[M].北京：化學工業出版社,1996.

（責任編輯：葉麗娜）

Study on Phase Equilibrium of Na2SO4-NaCl-H2O at 313 K in Ternary W ater and Salt System

SU Liman1,2,JIANG Yajuan1,2,JIANG Sangfen1,2,LIU Junshao1,2
(1.School of Ecological and Resources Engineering,Wuyi University,Wuyishan,Fujian 354300;2.Fujian Key Laboratory of Eco-Industrial Green Technology(Wuyi University),Wuyishan,Fujian 354300)

The phase equilibrium relationship of Na2SO4-NaCl-H2O at 313 K in ternary water and salt system is studied by wet solid phasemethod;the solubility data of the system are determined by ion chromatography and the phase diagram is plotted.The result of research indicates that the solubility data of Na2SO4-NaCl-H2O at313 K is determined by isothermal dissolution equilibrium method,and the solid phase composition is determined by wet slagmethod.The phase diagram is drawn by the solubility data,and the system is divided into four regions,including the pure Na2SO4crystallization zone,the crystallization zone of pure NaCl,the common crystallization zone and unsaturated zone of Na2SO4and NaCl.

Na2SO4-NaCl-H2O;wet solid phasemethod;phase diagram;salt-water sysytem;ion chromatography

X832

：A

：1674－2109(2017)06－0012－03

2017-02-05

武夷學院青年基金項目（XL1210）；福建省大學生創新性實驗項目（201410397029）。

蘇麗鰻（1985-），女，壯族，助理實驗師，主要從事環境水處理及檢測研究。