碳的液相氧化研究毕业论文
2022-04-26 22:46:05
论文总字数：14059字
摘 要
碳是最早被发现和利用的元素之一，以单质形式存在的同素异形体很多，包括石墨、金刚石以及无定形碳。碳的氧化根据氧化介质的不同，可以分为气相氧化法和液相氧化法，其中高锰酸钾 浓硫酸氧化法是较为温和的提纯方法。本论文采用高锰酸钾 浓硫酸为氧化剂，研究不同硫酸浓度对石墨和无定形碳氧化反应的影响，对反应剩余物进行称重，并进行了红外、XRD表征，得到了两者之间的氧化反应差异，并将所得实验条件尝试用于黑粉提纯。
关键字：碳 氧化 高锰酸钾 硫酸
The research of liquid-phase oxidation of carbon
Abstract
Carbon is one of elements found early. Three carbon allotropes are graphite, diamond, and amorphous carbon. According to the various oxidation medium, carbon oxidation methods can be divided into liquid phase oxidation and gas phase oxidation, the potassium permanganate and concentrated sulfuric acid oxidation is a moderate purification method. This paper use the potassium permanganate and concentrated sulfuric acid as oxidant to study different sulfuric acid concentration on the influence of graphite and amorphous carbon oxidation reaction. Weighing the reaction residue, and characterized by FTIR, XRD, got the oxidation reaction difference between them, in order to can be used in the purification of black powder in the future.
Key words: Carbon; Oxidation; Potassium permanganate; Sulfuric acid
目录
摘要 I
ABSTRACT II
目录 III
第一章 前言 1
1.1 碳 1
1.1.1 种类 1
1.1.2 碳的同位素 1
1.2 碳的氧化 2
1.2.1气相氧化法 2
1.2.2液相氧化法 4
1.3 石墨 5
1.3.1 种类 6
1.3.2 石墨氧化 6
1.4 无定形碳 7
1.4.1 种类 7
1.4.2 无定型碳氧化 8
1.5 研究思路 8
第二章 实验部分 9
2.1 实验主要试剂和仪器 9
2.2 实验原理 9
2.2.1 液相氧化 9
2.2.2 洗涤 9
2.2.2 副反应 10
2.3 实验步骤 10
2.3.1 碳氧化实验 10
2.3.2 验证实验 10
2.4 结果与讨论 11
第三章 结论与展望 16
参考文献 17
致谢 18
第一章 前言
1.1 碳
碳是最早被发现和利用的元素之一。人类从一开始用火，就跟碳打交道了。它是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族，其英文名称carbon来自木炭的拉丁文carbo。碳是一种很常见的元素，是生铁、熟铁和钢的成分之一，其占地壳重量组成的0.018%，在地壳中的丰度居元素的第16位，它以多种形式广泛存在于大气，地壳和生物之中。已知含碳化合物的总数约二百多万种，碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。
1.1.1 种类
碳以单质及化合物形式广泛地存在于自然界中。以单质形式存在的碳的同素异形体有：金刚石、石墨和无定形碳。最近二十年，还发现单质碳的其它两种晶体。1968年发现“白”碳（英文名称chaoite）[1]。制备方法是将石墨在低压下热解，在约2300 K时，让它在自由蒸发的条件下升华，此时有很小的透明晶体产生，附着在石墨底面的边缘上。这种晶体属六方晶系，晶胞参数为a=894.5 pm，c=1407.1 pm，晶体密度3.43 g/cm3，是一种透明的具有双折射性质的物质。1972年得到碳的另一种晶体，它是在约2500 K氩气氛围中（氩气压力可以从低到高达1 atm），长时间将石墨加热得到的。它也属于六方晶体，晶胞参数a=533 pm，c=1244 pm，晶体密度大于2.9 g/cm3，上述两种晶体的结构尚未确定，但估计晶体中均包含有—C≡C—C≡C的结构单位。这两种晶体均比石墨更不易氧化和还原，性质更接近于金刚石。木炭和煤都是无定形碳，其中煤是自然界里单质碳中数量最多的一种。
以化合物形式存在的碳化合物种类是极其繁多的。在地壳中主要是碳酸钙，例如石灰石、大理石、白云石[(Ca，Mg)CO3]等；其它重要的碳酸盐矿还有菱锌矿（ZnCO3）和（MgCO3）等。组成植物机体的各种有机物都是含碳的化合物；被埋在地下的动植物经过高温高压等一系列复杂化学变化形成石油和煤。在大气中，碳主要以CO2存在。
1.1.2 碳的同位素
碳的同位素主要是稳定同位素12C，13C及具有放射性的14C。9C，10C，11C和16C等放射性同位素也已制的。有关碳的同位素列于表1-1中。
表1-1 碳的同位素表[2]
