基本信息
- 項目名稱：
- 高性能無機鎂鹽晶須的制備、表征及應(yīng)用研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 以氯化鎂或鹵水為原料，加入硫酸鎂和氨水，采用水熱法一步合成152型堿式硫酸鎂晶須。利用X射線衍射、差熱-熱重分析、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡等分析手段對堿式硫酸鎂晶須合成過程中溫度、時間和晶形控制劑的影響進行較為系統(tǒng)的研究，并考察了晶須對聚丙烯復合材料力學和阻燃性能的影響。研究表明利用海水制鹽副產(chǎn)鹵水、氨水和硫酸鎂制備的鎂鹽晶須材料對聚合物基體具有較好的增強阻燃性能和廣闊的潛在應(yīng)用前景。
- 詳細介紹：
- 近年來，無機鎂鹽晶須的開發(fā)成為眾多材料研究者的研究熱點之一。在各種鎂鹽晶須產(chǎn)品中，堿式硫酸鎂晶須以增強效果好、阻燃性能顯著、價格低廉而格外引人注目。目前國內(nèi)研究鎂鹽晶須的單位和機構(gòu)主要有中科院青海鹽湖研究所、天津海水淡化與綜合利用研究所、上海交通大學復合材料研究所、哈爾濱工業(yè)大學復合材料研究中心等。江蘇山達已經(jīng)實現(xiàn)了堿式硫酸鎂晶須的工業(yè)化生產(chǎn)。在國外，日本已經(jīng)制備出了不同長徑比的堿式硫酸鎂晶須產(chǎn)品，并且對其進行了應(yīng)用研究，考察其阻燃以及增強效果。但目前堿式硫酸鎂晶須多以氫氧化鎂（或氧化鎂）、硫酸鎂或者氫氧化鈉、硫酸鎂、硫酸鈉為原料，采用水熱兩步合成的方法制備，生產(chǎn)工藝復雜，生產(chǎn)成本相對較高。 本研究以氯化鎂和海水制鹽副產(chǎn)鹵水為原料生產(chǎn)堿式硫酸鎂（MHSH）晶須。首次采用一步法水熱合成152型MHSH晶須。采用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、綜合熱分析儀等現(xiàn)代儀器對晶須的結(jié)構(gòu)進行了表征，并系統(tǒng)考察了反應(yīng)條件對晶須形貌和組成的影響以及晶須對聚丙烯（PP）復合材料力學性能和阻燃性能的影響，對于多途徑開發(fā)利用鎂資源和高值化、精細化鎂鹽產(chǎn)品的生產(chǎn)具有重要的經(jīng)濟價值和戰(zhàn)略意義；并為苦鹵污染海洋環(huán)境的難題提供了新的解決思路，既具有重要的理論意義，也具有一定的潛在經(jīng)濟價值和環(huán)境效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：找到一條簡單、可行、又可實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的無機鎂鹽晶須的合成方法。 基本思路：采用一步法水熱合成152型堿式硫酸鎂晶須，并系統(tǒng)考察反應(yīng)條件對晶須形貌和組成的影響。將合成的堿式硫酸鎂晶須（MHSH）對聚丙烯進行填充，制備MHSH/PP復合材料，并通過研究晶須對聚丙烯機械性能和燃燒性能的影響，開發(fā)鎂鹽晶須材料在聚合物基體中的應(yīng)用前景。
科學性、先進性及獨特之處
- 首次以鹵水為原料，加入硫酸鎂和氨水，采用一步法水熱合成152型堿式硫酸鎂晶須，其形貌呈纖維狀，直徑為0.5～2μm，長徑比為50～200，且一端聚集成扇形；所制備的鎂鹽晶須材料對聚合物基體具有較好的增強阻燃性能。 以苦鹵為原料生產(chǎn)堿式硫酸鎂晶須，生產(chǎn)成本低廉，有利于鎂鹽晶須的工業(yè)化生產(chǎn)，解決了苦鹵對環(huán)境的污染問題；一步法制備堿式硫酸鎂晶須合成方法簡單，克服了兩步法生產(chǎn)工藝復雜、能耗高的缺陷。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 我國是第一大海鹽生產(chǎn)國,每年有大量的苦鹵產(chǎn)生,苦鹵的利用問題是目前困擾鹽場和鹽化工企業(yè)的難題之一。 堿式硫酸鎂晶須因其增強、阻燃、抑煙等功能而被廣泛應(yīng)用于塑料等復合材料中,是一類極有發(fā)展前景的鎂鹽升級換代產(chǎn)品。以苦鹵為原料制備堿式硫酸鎂晶須及其增強阻燃的復合材料，不僅可以提高產(chǎn)品附加值，而且又為苦鹵中鎂鹽的大規(guī)模利用以及苦鹵污染海洋環(huán)境的難題提供了新的解決思路。
學術(shù)論文摘要
- 本文首次以氯化鎂或海水制鹽副產(chǎn)鹵水為原料，加入硫酸鎂和氨水，采用一步法水熱合成152型堿式硫酸鎂 (MHSH) 晶須。研究結(jié)果表明：采用一步法，在190℃下，無模板水熱反應(yīng)5h所合成的MHSH晶須呈纖維狀，直徑為0.5～2μm，長徑比為50～200，且一端聚集成扇形；對MHSH晶須的應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，添加晶須的聚丙烯復合材料力學性能增強幅度可達到80%，在不影響復合材料力學性能的情況下,晶須在復合材料中的含量越高阻燃效果越好。 以苦鹵為原料，采用一步法制備堿式硫酸鎂晶須，合成方法簡單，克服了傳統(tǒng)兩步法生產(chǎn)工藝復雜、能耗高的缺陷，有利于鎂鹽晶須的工業(yè)化生產(chǎn)；同時還解決了苦鹵對環(huán)境的污染問題，為多途徑開發(fā)利用苦鹵鎂資源和高值化、精細化鎂鹽產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了新思路。
獲獎情況
- [1]堿式硫酸鎂晶須的一步法水熱合成及生長機理.硅酸鹽學報[J],2011,39（5）：1-6. [2]Preparation and Thermal Decomposition of 5Mg(OH)2?MgSO4?2H2O Nanowhiskers. Chemical Engineering Journal[J], 2009, 150: 551-554. [3]Surface Modification and Characterization of Magnesium Hydroxide Sulfate Hydrate Nanowhiskers. Applied Surface Science[J], 2010, 256:3234-3239. [4]Preparation and Thermal Decomposition of MgSO4?5Mg(OH)2?2H2O. The 12＃ Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress. Dalian, 2008.
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- [1]牛宗偉,張建華,任升峰,等.晶須取向?qū)AP/SiCw復合生物陶瓷力學性能的影響.材料科學與工程學報[J],2005,23(1)：1-3. [2]聶立芳,張玉軍,魏紅康.碳化硅晶須增韌陶瓷基復合材料的研究進展.山東陶瓷[J],2006,29(2)：16-19. [3]任文舉,葉俊偉,王雪松,等.利用硼泥制備堿式硫酸鎂晶須的研究.無機鹽工業(yè)[J],2010,(10)：56-59. [4]王曉麗,薛冬峰.無機晶須材料的研究及應(yīng)用.無機鹽技術(shù)[J],2006,(3)：11-15. [5]盂季茹,趙磊,梁國正.無機晶須在聚合物中的應(yīng)用.化工新型材料[J],2001,29 (12)：1-6. [6]沃丁柱.復合材料大全[M].北京.化學工業(yè)出版社,1999. [7]Krishnarao R V, Mahajan Y R. Formation of SiC whlsker from raw rice husks in argon atmosphere. Ceramics International[J],1996,22(5):353-358. [8]C.H. Hsueh, H. Tsuda, M. Enoki, et al. Theoretical and experimental studies of fiber pull-out of SiC fiber-reinforced glasses. Journal of the European Ceramic Society[J],1994,13(1):47-52. [9]N. Amdouni, H. Sautereau, J. F. Gerard. Epoxy composites based on glass -beads. II. Mechanical properties. Journal of Applied Polymer Science[J],1992, 46(10):1723-1735.
同類課題研究水平概述
- 堿式硫酸鎂（MHSH）晶須，外觀為白色粉體，顯微鏡下觀察為單個針狀或扇形晶體，具有很多優(yōu)良的性能，填充有MHSH晶須的復合材料能表現(xiàn)出優(yōu)良的理化性能，是許多科研工作者研究的熱點。MHSH晶須在上世紀70年代就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，但是應(yīng)用研究則是90年代初才逐步開展起來，其組成可用通式xMgSO4?y Mg(OH)2?zH2O表示，簡稱為xyz型MHSH晶須，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有153、152、213等類型。 目前，國內(nèi)研究鎂鹽晶須的單位和機構(gòu)主要有中科院青海鹽湖研究所、天津海水淡化與綜合利用研究所、上海交通大學復合材料研究所等。江蘇山達已經(jīng)實現(xiàn)了堿式硫酸鎂晶須的工業(yè)化生產(chǎn)。在國外，日本已經(jīng)制備出了不同長徑比的堿式硫酸鎂晶須產(chǎn)品，并且對其進行了應(yīng)用研究。但除中科院沈陽金屬研究所利用菱鎂礦成功研制了鎂鹽晶須之外，目前公開的文獻報道基本上都是以化學試劑（主要是MgCl2、MgSO4）作為鎂源，以苦鹵為鎂源水熱合成堿式硫酸鎂晶須的方法還未見文獻報道。以鹽田苦鹵為原料制備堿式硫酸鎂晶須，不僅有效開發(fā)了苦鹵鎂資源，而且提高了鎂鹽產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值。 迄今為止，關(guān)于堿式硫酸鎂晶須的研究主要集中在152型和153型產(chǎn)品，即MgSO4?5Mg(OH)2?2H2O和MgSO4?5Mg(OH)2?3H2O。XiaoxingYan、TaoYue等人分別以MgCl2、MgSO4、氨水和MgSO4、NaOH為原料合成了MgSO4?5Mg(OH)2?2H2O晶須，并考察了反應(yīng)條件對晶須形貌的影響；L. Xiang、F. Li等則研究了以MgSO4和NaOH為原料水熱反應(yīng)制備MgSO4?5Mg(OH)2?3H2O的工藝條件，發(fā)現(xiàn)：只有嚴格控制反應(yīng)溫度和合適的反應(yīng)物配比，才能夠得到纖維狀鎂鹽晶須產(chǎn)品。但目前的合成方法多采用兩步法，即先利用普通的攪拌混合反應(yīng)制備前軀體，然后再轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜內(nèi)進行水熱合成。兩步法生產(chǎn)過程需要經(jīng)過多次洗滌、過濾，導致產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝復雜，生產(chǎn)成本相對較高。研究堿式硫酸鎂晶須的一步法合成，簡化其兩步法制備工藝，降低生產(chǎn)成本是目前鎂鹽晶須發(fā)展迫需解決的問題。 利用鹵水鎂資源制備堿式硫酸鎂晶須，研究晶須的一步法水熱合成及其應(yīng)用性能，不僅為合理開發(fā)苦鹵鎂資源及精細化鎂鹽產(chǎn)品提供了新思路，而且可為水熱過程中同類產(chǎn)品的制備提供一定的理論依據(jù)，具有重要的理論和應(yīng)用價值。
