تخمین حلالیت گونه های آبی حاصل از سنتز نانوذرات اکسید زیرکونیم به روش هیدروترمال فوق بحرانی

با توجه به اهمیت استفاده از فرایند هیدروترمال فوق بحرانی، برای تولید نانوذراتی چون اکسید زیرکونیم، در این مطالعه ابتدا، مدل eos/gex (شامل قواعد اختلاط ws، lcvm، mhv2 و hvos به همراه مدل ضریب فعالیت uniquac) و معادله حالت cpa (قاعده اختلاط وندروالسی) در ارزیابی قابلیت این مدل ها برای پیش بینی خصوصیات ترمودینامیکی (مثلاً دانسیته) سیستم های دوتایی آب در شرایط فوق بحرانی مورد بررسی قرار گرفته است. سپس، تخمین حلالیت گونه های آبی حاصل از سنتز اکسید زیرکونیم در فرایند هیدروترمال مطالعه شد. انحراف میانگین مطلق (aad) برای مدل های ws، lcvm، mhv2، hvos و cpa به ترتیب برابر با 05597/0، 14946/0، 14947/0، 14942/0 و 08004/0 بود که نشان-دهنده سازگاری بهتر مدل ws با داده های آزمایشگاهی است. علاوه بر آن، برای تمامی مدل ها (حتی ws)، میزان انحراف نتایج در سیستم های آب/الکل و در فشارهای بالاتر در مقایسه با سیستم های آب/هیدروکربن و فشارهای پایین تر، بیشتر بود. به نظر می رسد در این شرایط باید از مدل های مناسب دیگری برای پیش بینی خواص ترمودینامیکی استفاده شود. با توجه به عدم دسترسی به داده های تجربی حلالیت گونه های زیرکونیم، ابتدا توانایی مدل های دانسیته، hkf اصلاح شده و سو-ادشیری برای تعیین حلالیت دو نمک na2hpo4 و nah2po4 در آب فوق بحرانی (scw) بررسی شد. نتایج نشان داد که غلظت na+ حاصل از مدل های hkf اصلاح شده و سو-ادشیری، سازگاری بهتری با داده های آزمایشگاهی داشتند. بنابراین، با استفاده از دو مدل مذکور ثوابت تعادل واکنش های سنتز اکسید زیرکونیم محاسبه و حلالیت گونه های شیمیایی در شرایط مختلف دما (k 473، 673، 723 و 773)، فشار (bar 5/15، 295، 440 و 586)، مواد اولیه (zro(no3)2 در غلظت های m 05/0، 125/0 و 2/0 و zrocl2 در غلظت m 5/0) و ph (7/0، 1، 3/1، 3، 5، 6، 10 و 12) تخمین زده شد. نتایج نشان دادند که حلالیت گونه های زیرکونیم برای دو مدل hkf اصلاح شده و سو-ادشیری بسیار به هم نزدیک بودند. در هر دو مدل، zr(oh)22+، به عنوان گونه غالب در phهای پایین و اسیدی تعیین شد. با افزایش ph، درصد حضور این یون، کاهش یافته و در مقادیر به شدت قلیایی (12=ph)، یون zr(oh)5- به گونه غالب تبدیل شد. بررسی توزیع گونه های زیرکونیم و فازهای اکسیدزیرکونیم تولیدشده نشان داد که احتمالاً یون zr(oh)22+ در تولید فاز مونوکلینیک و یون zr(oh)5- در تولید فاز تتراگونال اکسیدزیرکونیم تأثیرگذار هستند.