二氧化鈦加碳氯化制備四氯化鈦是生產(chǎn)鈦白粉和海綿鈦的重要中間環(huán)節(jié),加碳可以顯著提高TiO₂的氯化反應(yīng)速率是該方法獲得工業(yè)應(yīng)用的前提,國內(nèi)外對TiO₂加碳氯化機理進行了大量研究,主要有還原反應(yīng)、降低氧分壓、形成中間化合物和自催化機理等觀點,互為補充但仍未能揭示這種宏觀現(xiàn)象的實質(zhì)。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法,主要對碳、CO和Cl₂等分子在完整以及存在橋氧空位列缺陷的TiO₂（110）面上的共吸附反應(yīng)進行了探究。通過對共吸附體系的吸附結(jié)構(gòu)、吸附能、電荷密度和態(tài)密度等性質(zhì)的計算,分析了碳、CO和Cl₂共同吸附在TiO₂（110）表面的吸附反應(yīng),揭示了加碳促進TiO₂氯化反應(yīng)過程的行為機制,為進一步研究鈦氧化物加碳氯化催化反應(yīng)機理奠定了理論基礎(chǔ)。主要結(jié)論如下:（1）碳或CO和Cl₂在TiO₂（110）表面上的吸附存在相互促進的作用。碳或CO中的C通過與TiO₂（110... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

沸騰氯化工藝流程

金紅石型TiO2的晶體結(jié)構(gòu)（左圖為球棍模型，右圖為多面體模型

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文20RutileTiO2存在三種低指數(shù)面，即(100)、(001)和(110)，如圖2.2所示。對于（100）面，其表面存在2配位O原子以及5配位Ti原子，2配位O原子比較活躍而5配位鈦原子相對穩(wěn)定，如果一個2配位O原子被C奪走，則表面剩下的為4配位Ti原子，若表層全部2配位O被奪走，則表面Ti原子為3配位，此時鈦原子活性增加，表面活性隨即也增加。對于（001）面，表面為4配位Ti原子以及2配位O原子，若一個2配位O原子被奪走則表面鈦原子配位數(shù)變?yōu)?，若表層全部2配位O被奪走，則表面Ti原子為2配位，此時鈦原子活性亦大大增加，表面活性隨即也增加。而對于（110）面，表面2配位O原子被奪走后，剩下的Ti原子為5配位以及4配位，若想繼續(xù)降低Ti原子的配位數(shù)，則需要奪走3配位O原子，而3配位O原子較穩(wěn)定，故對TiO2(110)面的繼續(xù)還原較為困難，由此分析可知（110）面的穩(wěn)定性大于（100）大于（001），此推論與文獻[28,37]計算結(jié)果相同。TiO2(100)TiO2(001)TiO2(110)圖2.2金紅石型TiO2的(100)、(001)和(110)表面結(jié)構(gòu)Fig.2.2The(100),(001)and(110)surfacestructuresofrutileTiO22.2金紅石型TiO2(110)表面模型的建立由章節(jié)2.1分析可知，TiO2(110)面是金紅石最穩(wěn)定的一個面。而TiO2(110)主要由兩種類型的Ti原子以及兩種類型的O原子構(gòu)成，分別為6配位的Ti原子(Ti(6c))和5配位的Ti原子(Ti(5c))，以及3配位的O原子(O(3c))和2配位的O原子(O(2c))[37]。圖2.3即為所建立的TiO2(110)面，其中二配位的氧的懸掛鍵與表面垂直。表面在晶體當(dāng)中實際上是以一種缺陷形式存在，晶體的三維周期結(jié)構(gòu)在表面被終結(jié)，因此，原本穩(wěn)定的表面原子在表面出現(xiàn)時平衡被打破，所以任何表面都會在一定程度上發(fā)生馳豫甚至重構(gòu)，以期達到能量最低狀態(tài)而進入新的平衡。?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鈦原料氯化方法評述[J]. 閻守義.  輕金屬. 2014(03)
[2]中國鈦谷欲完善自我,爭奪全球鈦產(chǎn)業(yè)話語權(quán)[J]. 張華.  中國鈦業(yè). 2013 (04)
[3]原子電荷計算方法的對比[J]. 盧天,陳飛武.  物理化學(xué)學(xué)報. 2012(01)
[4]攀枝花高鈦型高爐渣綜合利用研究最新進展[J]. 李興華,蒲江濤.  鋼鐵釩鈦. 2011(02)
[5]無篩板沸騰氯化法四氯化鈦生產(chǎn)工藝[J]. 陸和東,練林海.  氯堿工業(yè). 2009(09)
[6]H2S在立方ZrO2（110）面的吸附與解離[J]. 楊亞麗,陳文凱,陸春海,郭欣.  無機化學(xué)學(xué)報. 2009(08)
[7]H2O在SrTiO3-（001）TiO2表面上吸附和解離的密度泛函理論研究[J]. 林峰,鄭法偉,歐陽方平.  物理學(xué)報. 2009(S1)
[8]中國的鈦資源分布及特點[J]. 吳賢,張健.  鈦工業(yè)進展. 2006(06)
[9]制備四氯化鈦過程中加碳氯化反應(yīng)熱力學(xué)[J]. 王玉明,劉瑞豐,周榮會,邵寶順,魏青松,袁章福,徐聰.  計算機與應(yīng)用化學(xué). 2006(03)
[10]TiO2表面氧空位對NO分子吸附的作用[J]. 汪洋,孟亮.  物理學(xué)報. 2005(05)

博士論文
[1]高爐噴吹煤粉催化強化燃燒機理及應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D]. 鄒沖.重慶大學(xué) 2014
[2]高鈣鎂電爐鈦渣制備優(yōu)質(zhì)人造金紅石的研究[D]. 董海剛.中南大學(xué) 2010

碩士論文
[1]基于石墨烯電極分子器件的電輸運性質(zhì)研究[D]. 楊愛云.西安工程大學(xué) 2018
[2]Fe2O3-石墨烯催化水解COS及CS2反應(yīng)機理研究[D]. 韓雙.昆明理工大學(xué) 2018
[3]高鈦渣沸騰氯化過程研究[D]. 陳建文.昆明理工大學(xué) 2016
[4]χ-Fe5C2催化劑上費—托合成機理的密度泛函理論計算[D]. 范青海.華東理工大學(xué) 2015
[5]TiO2體相摻雜與表面吸附的第一性原理研究[D]. 蘇宏斌.西南交通大學(xué) 2010
[6]晶體表面重構(gòu)和弛豫的理論分析[D]. 張敏妍.陜西師范大學(xué) 2009
[7]氯化法鈦白粉生產(chǎn)中沸騰氯化渣的研究[D]. 徐慶鑫.昆明理工大學(xué) 2008



本文編號：3553377