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基本信息

項(xiàng)目名稱：
高性能無(wú)機(jī)鎂鹽晶須的制備、表征及應(yīng)用研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)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(duì)堿式硫酸鎂晶須合成過(guò)程中溫度、時(shí)間和晶形控制劑的影響進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究，并考察了晶須對(duì)聚丙烯復(fù)合材料力學(xué)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(duì)聚合物基體具有較好的增強(qiáng)阻燃性能和廣闊的潛在應(yīng)用前景。
詳細(xì)介紹：
近年來(lái)，無(wú)機(jī)鎂鹽晶須的開(kāi)發(fā)成為眾多材料研究者的研究熱點(diǎn)之一。在各種鎂鹽晶須產(chǎn)品中，堿式硫酸鎂晶須以增強(qiáng)效果好、阻燃性能顯著、價(jià)格低廉而格外引人注目。目前國(guó)內(nèi)研究鎂鹽晶須的單位和機(jī)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(xué)復(fù)合材料研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究中心等。江蘇山達(dá)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了堿式硫酸鎂晶須的工業(yè)化生產(chǎn)。在國(guó)外，日本已經(jīng)制備出了不同長(zhǎng)徑比的堿式硫酸鎂晶須產(chǎn)品，并且對(duì)其進(jìn)行了應(yīng)用研究，考察其阻燃以及增強(qiáng)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(fù)雜，生產(chǎn)成本相對(duì)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(duì)晶須的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并系統(tǒng)考察了反應(yīng)條件對(duì)晶須形貌和組成的影響以及晶須對(duì)聚丙烯（PP）復(fù)合材料力學(xué)性能和阻燃性能的影響，對(duì)于多途徑開(kāi)發(fā)利用鎂資源和高值化、精細(xì)化鎂鹽產(chǎn)品的生產(chǎn)具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)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(jì)價(jià)值和環(huán)境效益。

作品圖片

  • 高性能無(wú)機(jī)鎂鹽晶須的制備、表征及應(yīng)用研究
  • 高性能無(wú)機(jī)鎂鹽晶須的制備、表征及應(yīng)用研究
  • 高性能無(wú)機(jī)鎂鹽晶須的制備、表征及應(yīng)用研究
  • 高性能無(wú)機(jī)鎂鹽晶須的制備、表征及應(yīng)用研究
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作品專業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

目的：找到一條簡(jiǎn)單、可行、又可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的無(wú)機(jī)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(duì)晶須形貌和組成的影響。將合成的堿式硫酸鎂晶須（MHSH）對(duì)聚丙烯進(jìn)行填充，制備MHSH/PP復(fù)合材料，并通過(guò)研究晶須對(duì)聚丙烯機(jī)械性能和燃燒性能的影響，開(kāi)發(fā)鎂鹽晶須材料在聚合物基體中的應(yīng)用前景。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)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(zhǎng)徑比為50～200，且一端聚集成扇形；所制備的鎂鹽晶須材料對(duì)聚合物基體具有較好的增強(qiáng)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(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題；一步法制備堿式硫酸鎂晶須合成方法簡(jiǎn)單，克服了兩步法生產(chǎn)工藝復(fù)雜、能耗高的缺陷。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

我國(guó)是第一大海鹽生產(chǎn)國(guó),每年有大量的苦鹵產(chǎn)生,苦鹵的利用問(wèn)題是目前困擾鹽場(chǎng)和鹽化工企業(yè)的難題之一。 堿式硫酸鎂晶須因其增強(qiáng)、阻燃、抑煙等功能而被廣泛應(yīng)用于塑料等復(fù)合材料中,是一類極有發(fā)展前景的鎂鹽升級(jí)換代產(chǎn)品。以苦鹵為原料制備堿式硫酸鎂晶須及其增強(qiáng)阻燃的復(fù)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(xué)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(wú)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(zhǎng)徑比為50～200，且一端聚集成扇形；對(duì)MHSH晶須的應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，添加晶須的聚丙烯復(fù)合材料力學(xué)性能增強(qiáng)幅度可達(dá)到80%，在不影響復(fù)合材料力學(xué)性能的情況下,晶須在復(fù)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(jiǎn)單，克服了傳統(tǒng)兩步法生產(chǎn)工藝復(fù)雜、能耗高的缺陷，有利于鎂鹽晶須的工業(yè)化生產(chǎn)；同時(shí)還解決了苦鹵對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題，為多途徑開(kāi)發(fā)利用苦鹵鎂資源和高值化、精細(xì)化鎂鹽產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了新思路。

獲獎(jiǎng)情況

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鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

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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(gè)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(fù)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(diǎn)。MHSH晶須在上世紀(jì)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(kāi)展起來(lái)，其組成可用通式xMgSO4?y Mg(OH)2?zH2O表示，簡(jiǎn)稱為xyz型MHSH晶須，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有153、152、213等類型。 目前，國(guó)內(nèi)研究鎂鹽晶須的單位和機(jī)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(xué)復(fù)合材料研究所等。江蘇山達(dá)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了堿式硫酸鎂晶須的工業(yè)化生產(chǎn)。在國(guó)外，日本已經(jīng)制備出了不同長(zhǎng)徑比的堿式硫酸鎂晶須產(chǎn)品，并且對(duì)其進(jìn)行了應(yīng)用研究。但除中科院沈陽(yáng)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(kāi)的文獻(xiàn)報(bào)道基本上都是以化學(xué)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(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。以鹽田苦鹵為原料制備堿式硫酸鎂晶須，不僅有效開(kāi)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(duì)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(yán)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(jìn)行水熱合成。兩步法生產(chǎn)過(guò)程需要經(jīng)過(guò)多次洗滌、過(guò)濾，導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本相對(duì)較高。研究堿式硫酸鎂晶須的一步法合成，簡(jiǎn)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(wèn)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(kāi)發(fā)苦鹵鎂資源及精細(xì)化鎂鹽產(chǎn)品提供了新思路，而且可為水熱過(guò)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(jià)值。
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