Na2SO4-NaCl-H2O三元水盐体系在313 K的相平衡研究

苏丽鳗，江雅娟，蒋桑芬，刘俊劭

（1.武夷学院生态与资源工程学院，福建武夷山354300；2.福建省生态产业绿色技术重点实验室（武夷学院），福建武夷山354300）

Na2SO4-NaCl-H2O三元水盐体系在313 K的相平衡研究

苏丽鳗1,2，江雅娟1,2，蒋桑芬1,2，刘俊劭1,2

（1.武夷学院生态与资源工程学院，福建武夷山354300；2.福建省生态产业绿色技术重点实验室（武夷学院），福建武夷山354300）

采用湿固相法研究Na2SO4-NaCl-H2O三元水盐体系在313 K条件下的相平衡关系；利用离子色谱测定该体系的溶解度数据，并绘制相图。研究结果表明，利用等温溶解平衡法测定313 K时的Na2SO4-NaCl-H2O溶解度数据，应用湿渣法确定固相组成；利用溶解度数据绘制相图，该体系分为4个区，包括纯的Na2SO4结晶区、纯NaCl的结晶区、Na2SO4和NaCl的共同结晶区及不饱和区。

Na2SO4-NaCl-H2O；湿固相法；相图；水盐体系；离子色谱

水盐体系相图是研究无机盐发生溶解、结晶、分离等相变化过程的重要手段，通过相图的分析可以了解盐类的溶解规律、结晶顺序，还可以通过相图进行物料计算，为化工工艺参数的选定和反应器的设计提供依据[1-4]。

硫酸钠、氯化钠和水的三元体系相图是氯化钠制硫酸钠以及硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物生产的重要的基础数据[5-7]。文献表明，硫酸钠在305.5 K至506 K之间可从水溶液中结晶出斜方晶系无水硫酸钠，高于506 K时属于单斜晶系。[8]工业上为了得到无结晶水的硫酸钠产品，常将温度控制在313 K左右，而目前对于Na2SO4-NaCl-H2O在313 K处的相平衡数据尚未见报道。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

碳酸钠、氯化钠、溴化钠、硫酸钠、碳酸氢钠，以上药品均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产。

离子色谱仪，IC 6000安徽皖仪科技有限公司；阴离子色谱柱，SH-AC-1青岛盛翰色谱技术有限公司；多点磁力搅拌器，IKA/RT10德国IKA；恒温槽，DC-0506上海比朗仪器有限公司；分析天平，BSA224S赛多利斯科学仪器（北京）有限公司。

1.2 方法

在恒温瓶中加入20mL的去离子水和磁石将其联通到恒温槽上，用精密温度计控制温度，连接好搅拌器，在恒定温度下进行搅拌，加入一定量的Na2SO4(NaCl)，使固体完全溶解。再加入NaCl(Na2SO4)搅拌一段时间，观察晶体是否完全溶解，如果溶解，则继续添加第2种盐直至有晶体存在。每隔1h停止搅拌，静置10min，取上清液分析，直到连续2次测定结果基本一致时，可认为体系达到平衡状态，同时取湿渣样进行分析。

1.3 分析测试方法

离子色谱法测定溶液和湿渣中Cl-和SO42-的浓度。离子色谱条件：淋洗液为3.6 mmol/L Na2CO3和6.0mmol/LNaHCO3混合溶液，淋洗液流量为1.5mL/min，抑制电流为75mA，进样量为1mL。

1.4 标准曲线的绘制

以淋洗液为稀释液，分别配制Cl-、SO42-，浓度分别为2、4、6、8、10mg/L；内标物Br-的浓度为4mg/L，在选定的色谱条件下平行测定3次，以与内标物的峰面积比和浓度比绘制标准曲线，其结果如图1所示。

图1 Cl-和SO42-标准曲线Figure 1 Cl-and SO42-standard curves

按上述方法对混合标准溶液进行测定.在选定的色谱条件下进行测定，以待测离子和内标物的峰面积比为纵坐标，以待测物离子浓度和内标物浓度比为横坐标进行分析线性回归，得方程分别为：氯离子,y=0.208 4x+0.575 9，R2=0.999 0；硫酸根离子，y=1.140 8x+0.390 5，R2=0.999 2。结果表明，Cl-、SO42-在2～10mg/L范围内线性关系良好。

2 结果与讨论

2.1 Na2SO4-NaCl-H2O三元体系的固液平衡

利用等温溶解平衡法测定313 K时Na2SO4-NaCl-H2O三元水盐体系的溶解度，应用湿固相法确定固相的组成，结果见表1。

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

2.2 Na2SO4-NaCl-H2O相图的绘制与分析

应用等边三角形表示法，利用表1中的数据，绘制313 K时Na2SO4-NaCl-H2O三元水盐体系的相图，如图2。

图2 313 K时Na2SO4-NaCl-H2O三元水盐体系相图Figure 2 Na2SO4-NaCl-H2O ternary water and salt system phase diagram at313 K

3 结论

采用等温溶解平衡法测定313 K时的Na2SO4-NaCl-H2O溶解度数据，应用湿渣法确定固相组成；利用溶解度数据绘制相图，结果表明该体系分为4个区，包括纯的Na2SO4结晶区、纯NaCl的结晶区、Na2SO4和NaCl的共同结晶区及不饱和区。

[1]朱巧丽,黄雪莉.-15℃下Na+，K+，Mg2+//Cl-，SO42--H2O体系相平衡[J].化工学报,2015,66(4):1252-11257.

[2]刘宝树,何岩,孙华,等.45℃Na2SO4-MgSO4-H2O三元水盐体系相平衡研究[J].河北科技大学学报,2013,34(1):36-39.

[3]邓小楠,韩效钊,徐超,等.FeSO4-ZnSO4-H2O水盐体系相图及其应用[J].中国土壤与肥料,2014(3):98-101.

[4]桑世华,李婷,崔瑞芝.三元水盐体系KBr-K2B2O7-H2O 348K相平衡研究[J].盐湖研究,2013,21(2):29-32.

[5]汤秀华.硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物的制备[J].无机盐工业,2010,42(2):18-20.

[6]王鸿显,李娟,赵红坤,等.硫酸钠-过氧化氢-氯化钠-水四元体系相平衡研究[J].中国井矿盐,2004,35(4):19-22.

[7]卢爱军,卢芳仪,屈芸,等.由氯化钠和硫酸制盐酸和硫酸钠的研究[J].盐业与化工.2006,35(5):14-17.

[8]《化工百科全书》编辑委员会.化工百科全书[M].北京：化学工业出版社,1996.

（责任编辑：叶丽娜）

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

武夷学院青年基金项目（XL1210）；福建省大学生创新性实验项目（201410397029）。

苏丽鳗（1985-），女，壮族，助理实验师，主要从事环境水处理及检测研究。