水熱法制備半水硫酸鈣晶須及其長(zhǎng)徑比的可控研究.pdf

1、本文以二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)為原料，先以水為溶劑在水熱條件下通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化出水熱溫度130℃C、攪拌速率60r· min-1、反應(yīng)時(shí)間90min和料漿濃度2％的制備半水硫酸鈣晶須的結(jié)晶條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明結(jié)晶的轉(zhuǎn)化推動(dòng)力由過(guò)飽和度控制，其中快速轉(zhuǎn)化過(guò)程符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，反應(yīng)吉布斯自由能為-180J，CaS O4·2H2O的界面能為0.10 J·m-2，α-CaSO4·0.5H2O的界面能為0.13 J·m-2。XRD，

2、TG和FTIR證實(shí)了水熱條件下CaSO4·2H2O向α-CaSO4·0.5H2O晶須轉(zhuǎn)化的基本過(guò)程參數(shù)及制備高純度的直徑分布為0.5～3.5μm，長(zhǎng)徑比的分布為50～350的針狀α-CaSO4·0.5H2O晶須。
　　選取了Al，F(xiàn)e和Mg為特征金屬元素，通過(guò)模擬體系研究了3種離子對(duì)半水硫酸鈣結(jié)晶的影響。微觀形貌采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀測(cè)，晶須表面元素分布通過(guò)EDS分析，場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡用于輔助觀測(cè)晶須微觀形貌和晶體結(jié)構(gòu)，物

3、相組成采用X射線衍射儀表征，元素結(jié)合能采用X射線光電子能譜測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Al3+的存在可有效抑制晶須沿c軸方向的生長(zhǎng)，主要是通過(guò)吸附在(001)和(002)晶面來(lái)達(dá)到調(diào)控長(zhǎng)徑比的目的，O原子在各個(gè)晶面的分布密度主要影響其對(duì)溶液中陽(yáng)離子的吸附能力大小，其中(001)和(002)兩個(gè)晶面的O原子密度較大。而且Al3+也較容易摻入晶體晶格間隙位置，使特征晶面的晶面間距減小。所以Al3+可作為水熱法制各α-CaSO4·0.5H2O晶須的晶

4、型抑制劑。當(dāng)體系中加入氯化鐵，且隨其濃度的增加，晶須的形貌基本保持纖維狀。當(dāng)反應(yīng)體系中加入硫酸鐵和硝酸鐵，低濃度下時(shí)，晶須產(chǎn)品形貌均勻，呈纖維狀或針狀，隨溶液中濃度的增加，晶須的長(zhǎng)度下降，呈細(xì)碎狀;當(dāng)體系中分別加入三種Mg2+添加劑（氯化鎂、硫酸鎂和硝酸鎂），結(jié)果發(fā)現(xiàn)鎂離子的存在不會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)物發(fā)生相轉(zhuǎn)變，而且不會(huì)對(duì)晶體的最終生長(zhǎng)形態(tài)產(chǎn)生顯著影響。
　　本文還研究了以CaSO4·2H2O為原料，檸檬酸銨(C6H17N3O7)為添加劑，

5、在前面已經(jīng)優(yōu)化好的條件下制備α-CaSO4·0.5H2O。研究結(jié)果表明，隨著溶液中C6H17N3O7濃度增大，晶體由纖維狀向顆粒狀轉(zhuǎn)變，生長(zhǎng)速率逐漸減慢，生長(zhǎng)周期逐漸變長(zhǎng)，且有從α向β型轉(zhuǎn)化趨勢(shì)。檸檬酸根可能吸附在晶體表面或與Ca2+發(fā)生絡(luò)合，使晶面上Ca2+活性生長(zhǎng)位點(diǎn)減少，促進(jìn)生成顆粒狀α-CaSO4·0.5H2O。
　　最后本文還優(yōu)化出以水/丙三醇為溶劑的水熱體系下并加入EDTA作為封端劑制備半水硫酸鈣晶須的結(jié)晶條件，水熱溫