半水型硫酸钙晶须的不饱和低温制备及生长机理分析.pdf

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1、第46卷第3期西安建筑科技大学学报(自然科学版)、，01．46NO．32014年6月J．Xi’anUniv．ofArch．&Tech．(NaturalScienceEdition、Jun．2014半水型硫酸钙晶须的不饱和低温制备及生长机理分析彭龙贵，杨莎，石程程，张再勇，韩瑾(1．西安科技大学材料科学与工程学院，陕西西安710054；2．西北工业大学理学院应用化学系，陕西西安710072；3．陕西省建筑材料工业设计研究院，陕西西安710032)摘要：以CaSO4-2H2O为原料，采用水热法合成了

2、半水硫酸钙晶须，采用生物显微镜、XRD对硫酸钙晶须的结构、形貌及生长机理进行了测试分析．结果表明：半水硫酸钙晶须的最佳反应条件为温度80℃、时间30min、Ca／A=9；制备的半水硫酸钙晶须平均直径3岬，长径比为80；XRD显示半水硫酸钙晶须d(o2o)特征峰明显；根据阿伦尼乌斯和热力学公式，料浆浓度、合成温度、合成时间影响了半水型硫酸钙晶须的成核速率，晶须成核速率随硫酸钙溶液过饱和度的增加呈现先增大后减小的趋势．关键词：水热法；半水硫酸钙；晶须；结构中图分类号：TQ343文献标志码：A文章编号

3、：1006．7930(2014)03．0437—04硫酸钙晶须是以石膏为原料，人为控制下以单晶形式进行生长，具有均匀的横截面、完整的外形、完善的内部结构的纤维状(须状)晶体．硫酸钙晶须具有绿色环保，性价比高等特点，可以作为建筑涂料及油漆的增强组元、建筑结构胶粘剂的填充材料、除去废气废水中有害杂质的过滤材料等，在工业领域应用非常广泛J．硫酸钙晶须的优异性能与其独特的晶态结构有关，其晶体在轴向和侧面生长速率的差异所造成的，硫酸钙晶须的生长过程符合Harlman和Perdoek等人提出的周期链理论，即

4、晶须主要沿轴向方向的螺旋错位生长；其侧面是低能面，生长非常缓慢，是通过表面扩散给晶须的尖端或基上露头螺旋供料．要生长出硫酸钙晶须，必须使半水硫酸钙溶液处于过饱和状态和一定温度；根据阿伦尼乌斯和热力学公式，二水硫酸钙与半水硫酸钙的溶解度在温度为90℃时相交，合成的最佳温度为107oC，当体系趋向于过饱和的状态，有利于硫酸钙晶须生成．所以，当前合成硫酸钙晶须时选取的温度和浓度一般都遵循阿伦尼乌斯和热力学公式；但是，如何在不饱和状态和低于最佳理论合成温度的工艺条件下制备硫酸钙晶须并进行机理分析，这对提

5、高硫酸钙晶须的抗水化性能、降低其制备成本具重要意义，而当前少有相关的研究报道；为此，论文重点针对结晶时间、成核剂、合成温度等对低浓度、低合成温度下制备半水硫酸钙晶须的结构的影响和对其生长机理的影响进行了系统研究和分析，为制备硫酸钙晶须的新工艺进行了理论探索．1实验部分1．1实验主要试剂石膏(型)，枣庄市凯宁石膏粉有限公司；无水乙醇(分析纯)，天津市河东区红岩试剂厂；氢氧化钠(分析纯)，天津市耀华化学试剂有限责任公司；成晶剂A(分析纯)，天津市津北精细化工有限公司．1．2实验主要仪器射线衍射仪(X

6、RD7000S)，日本SHIMADZU公司；生物显微镜(UB203i)，重庆澳浦光电技术有限公司．2结果与分析2．1成晶剂用量对制备硫酸钙晶须的影响在料浆质量份数为5％、时间为2h、反应温度为90℃时，在摩尔比Ca／A分别为l3、11、9、7、5、3条件下制备钙晶须，不同成晶剂用量下半水硫酸钙晶须形貌如图1所示．收稿日期：2013-10．14修改稿日期：2014．06—10基金项目：陕西省科技统筹创新工程计划项目(2012KTJD02．02)；陕西省科学技术厅工业攻关项目(214k10—22)；

7、西安科技大学教改项目(JG2009)作者简介：彭龙贵(1975．)，男，博士研究生，讲师，从事功能材料的研究与教学工作．E·mail：penglonggui@163．tom西安建筑科技大学学报(自然科学版)第46卷面积较大、表面键能和易水化性⋯，导致晶须表面不完整，长径比下降，如图3(a)～(c)所示．Ⅲ⋯一2．4硫酸钙晶须XRD测试分析咖。将半水硫酸钙晶须进行XRD测试，结果如图4所示．6000由图4可以看出，产品的衍射峰中仅有半水硫酸钙晶须謦。m的衍射峰(20=-14．92。等)，且半水硫酸

8、钙晶须特征峰d(020)特别强，但没有出现二水硫酸钙(20=-11．67。等)晶须的衍射⋯峰，半定量分析结果表明产品中半水硫酸钙的质量分数约为0100％．010203O405O607080902。3结图4半水硫酸钙晶须的XRD衍射图谱Fig．4Calciumsulfatewhisker(1)半水硫酸钙晶须的最优工艺条件为：反应温度XRDpatterns90℃、反应时间为30min、料浆质量分数为0．7％、ca／A为9；(2)硫酸钙晶须的成核速率先随过饱和度的增加而增大，而当浓度超过一定值时，成核