硫酸鎂為原料制備堿式硫酸鎂晶須的研究進展

趙敏 張文帥 李昊霖（中北大學朔州校區，山西 朔州 036000）

硫酸鎂為原料制備堿式硫酸鎂晶須的研究進展

趙敏 張文帥 李昊霖（中北大學朔州校區，山西 朔州 036000）

白鈉鎂礬（MgSO4·Na2SO4·4H2O）是硫酸鎂和硫酸鈉組成的復鹽，在我國資源豐富，利用白鈉鎂礬為原料制取153型堿式硫酸鎂（MgSO4?5Mg(OH)2?3H2O）晶須，不僅能改進硫酸鎂和硫酸鈉的分離工藝，而且也可以提高硫酸鎂的利用價值，鑒于此本文分別通過文獻調研的方式綜述了硫酸鎂為原料制備堿式硫酸鎂晶須的研究進展。

MOS；153型堿式硫酸鎂晶須；反應機理；研究進展

1 MOS晶須的簡介

MOS因其附加值較高的功能逐漸成為無機材料領域的研究熱點。MOS晶須的組成一般用通式xMgSO4·yMg(OH)2·zH2O表示（xyz型堿式硫酸鎂晶須），其在自然界存在形式多樣，而報道的制取得到的為晶須形態的有MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O（153型MOS）和MgSO4·5Mg(OH)2·2H2O（152型MOS）。

2 MOS研究進展

Yamaguchi等用Mg(OH)2和MgO作為反應原料，和H2SO4水溶液反應，在50-300℃的反應溫度下制得吸油性很強的MOS晶須。

Kimura等用1.0mol/L MgSO4溶液與0.001～1.7mol/L堿金屬氫氧化物進行水熱反應，制得了扇形的MOS晶須。

Otaka等以硫酸鎂溶液中加入氫氧化鎂或氧化鎂固體,充分攪拌，使液相固相充分接觸，在130-180℃條件下反應2h,得到MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O針狀硫氧鎂化合物（長度為1～30μm，直徑為0.1～10μm），將其冷卻后加入20℃的1.5mol/L的MgSO4溶液,在45℃條件下反應5h,得到MgSO4·5Mg(OH)2·8H2O硫氧鎂化合物,之后在170℃水熱條件下加熱3h,得到MgSO4·5Mg(OH)2晶須，利用該法雖然得到的晶須的形貌較為規整但是過程復雜。

此外，我國也有多位學者研究MOS的制備工藝。

高傳慧等通過考察以硫酸鎂制備堿式硫酸鎂晶須的反應物濃度、反應物配比、反應時間以及反應溫度等條件對產品形貌和組成的影響，得到最佳反應條件為：反應時間4h，溫度180℃，MgSO4濃度0.3944g/mL，反應物摩爾配比MgSO4/NaOH=1∶1.50。XRD譜圖證明為153型堿式硫酸鎂晶須（MgSO4?5Mg (OH)2?3H2O），經過生物顯微鏡和掃描電鏡表征分析結果顯示：產物為純凈晶須，且生長完全，具有較高的長徑比40∶1。為了充分利用原料，減少浪費和廢液排放，本實驗進行在0℃下母液循環工藝的探索。經過7次母液循環，最終得到了穩定的生產點，循環工藝確定為：循環母液的量為53g，加入MgSO4?7H2O量為14g，加入NaOH的量為3.84g，補加水的量為6.4g，其中硫酸鎂和氫氧化鈉的加入形式要配成溶液加入。針對不同時間的水熱反應，分析其液相組成和固相成分，初步探究了水熱法制備MOS晶須的反應機理，發現反應從3.5h之后得到的固相產品為純度很高的153型MOS，根據液相成分的分析結果可以得到MOS晶須反應機理為溶解-反應機理，并且延長時間對固相液相組成影響不大。

薛建榮將1.28mol/L的硫酸鎂和氫氧化鎂按照一定的混合比例混合，在溫度為200℃條件下反應6h，得到MOS，該晶須的長度為20～45μm，長徑比約為31，并且，晶須表面光滑，纖細均勻無彎曲，純度高。

3 MOS晶須研究存在的問題

盡管MOS晶須有許多優良的性能和特點，應用的前景也很廣闊，但是目前我國對鎂鹽晶須的制備和研究仍處于起步階段，要將其推廣還需要很多工作要做。

3.1 原材料的問題

制備MOS晶須利用的原料一般是MgSO4·7H2O、MgCl2、MgO、NaOH、氨水、Na2CO3、Na2SO4等，這些原料本身就是工業化學品，需要經過工藝加工或者提純制造才制造出來的，其作為原料成本較高。不過，目前有人開始利用低品位的菱鎂礦、白云石礦和白鈉鎂礬等礦物作為原料制備MOS晶須。

3.2 反應條件的選擇

在制備MOS晶須的過程中，其產品質量的高低受外界和本身許多因素的影響。例如：原料的混合方式，原料濃度，原料配比，溶液的pH值，反應過程的溫度、反應時間、攪拌速度以及雜質種類和含量等因素，都會對產品的形貌和組成由不同程度的影響，要想得到高質量，高純度的MOS晶須產品，就需要考慮以上各種因素對晶須品質的影響，找到最適宜的條件。實際操作起來，過程比較繁瑣，而且不同的研究者之間存在爭議。

[1]劉伯元,隗學禮,許浩坤.高性能無機阻燃、增強纖維—鎂鹽晶須在塑料改性和涂料工業中的應用[J].塑料技術,2003,(3)∶33.

[2]高傳慧,許軍,王傳興,等.堿式硫酸鎂晶須的一步法水熱合成及生長機理[J].硅酸鹽學報,2011,39(5)∶773-778.

[3]Abrate S.The mechanics of short-fiber reinforced compos?ites∶a review[J].Rubb Chem Technol,1986(59)∶384-404.