水熱法制備半水硫酸鈣晶須及其長徑比的可控研究.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正交實驗優(yōu)化出水熱溫度130℃C、攪拌速率60r· min-1、反應(yīng)時間90min和料漿濃度2％的制備半水硫酸鈣晶須的結(jié)晶條件。實驗結(jié)果證明結(jié)晶的轉(zhuǎn)化推動力由過飽和度控制，其中快速轉(zhuǎn)化過程符合一級反應(yīng)動力學(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證實了水熱條件下CaSO4·2H2O向α-CaSO4·0.5H2O晶須轉(zhuǎn)化的基本過程參數(shù)及制備高純度的直徑分布為0.5～3.5μm，長徑比的分布為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，通過模擬體系研究了3種離子對半水硫酸鈣結(jié)晶的影響。微觀形貌采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀測，晶須表面元素分布通過EDS分析，場發(fā)射透射電子顯微鏡用于輔助觀測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射線光電子能譜測定。實驗結(jié)果表明，Al3+的存在可有效抑制晶須沿c軸方向的生長，主要是通過吸附在(001)和(002)晶面來達到調(diào)控長徑比的目的，O原子在各個晶面的分布密度主要影響其對溶液中陽離子的吸附能力大小，其中(001)和(002)兩個晶面的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，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，晶須的長度下降，呈細碎狀;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)鎂離子的存在不會誘導(dǎo)產(chǎn)物發(fā)生相轉(zhuǎn)變，而且不會對晶體的最終生長形態(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，生長速率逐漸減慢，生長周期逐漸變長，且有從α向β型轉(zhuǎn)化趨勢。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+活性生長位點減少，促進生成顆粒狀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