硫酸鎂為原料制備堿式硫酸鎂晶須的研究進(jìn)展

趙敏 張文帥 李昊霖（中北大學(xué)朔州校區(qū)，山西 朔州 036000）

硫酸鎂為原料制備堿式硫酸鎂晶須的研究進(jìn)展

趙敏 張文帥 李昊霖（中北大學(xué)朔州校區(qū)，山西 朔州 036000）

白鈉鎂礬（MgSO4·Na2SO4·4H2O）是硫酸鎂和硫酸鈉組成的復(fù)鹽，在我國(guó)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(jìn)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(jià)值，鑒于此本文分別通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)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(jìn)展。

MOS；153型堿式硫酸鎂晶須；反應(yīng)機(jī)理；研究進(jìn)展

1 MOS晶須的簡(jiǎn)介

MOS因其附加值較高的功能逐漸成為無(wú)機(jī)材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。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(bào)道的制取得到的為晶須形態(tài)的有MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O（153型MOS）和MgSO4·5Mg(OH)2·2H2O（152型MOS）。

2 MOS研究進(jìn)展

Yamaguchi等用Mg(OH)2和MgO作為反應(yīng)原料，和H2SO4水溶液反應(yīng)，在50-300℃的反應(yīng)溫度下制得吸油性很強(qiáng)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(jìn)行水熱反應(yīng)，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?jǐn)嚢瑁挂合喙滔喑浞纸佑|，在130-180℃條件下反應(yīng)2h,得到MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O針狀硫氧鎂化合物（長(zhǎng)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(yīng)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(guī)整但是過(guò)程復(fù)雜。

此外，我國(guó)也有多位學(xué)者研究MOS的制備工藝。

高傳慧等通過(guò)考察以硫酸鎂制備堿式硫酸鎂晶須的反應(yīng)物濃度、反應(yīng)物配比、反應(yīng)時(shí)間以及反應(yīng)溫度等條件對(duì)產(chǎn)品形貌和組成的影響，得到最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)時(shí)間4h，溫度180℃，MgSO4濃度0.3944g/mL，反應(yīng)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(jīng)過(guò)生物顯微鏡和掃描電鏡表征分析結(jié)果顯示：產(chǎn)物為純凈晶須，且生長(zhǎng)完全，具有較高的長(zhǎng)徑比40∶1。為了充分利用原料，減少浪費(fèi)和廢液排放，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行在0℃下母液循環(huán)工藝的探索。經(jīng)過(guò)7次母液循環(huán)，最終得到了穩(wěn)定的生產(chǎn)點(diǎn)，循環(huán)工藝確定為：循環(huán)母液的量為53g，加入MgSO4?7H2O量為14g，加入NaOH的量為3.84g，補(bǔ)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(duì)不同時(shí)間的水熱反應(yīng)，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(yīng)機(jī)理，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)從3.5h之后得到的固相產(chǎn)品為純度很高的153型MOS，根據(jù)液相成分的分析結(jié)果可以得到MOS晶須反應(yīng)機(jī)理為溶解-反應(yīng)機(jī)理，并且延長(zhǎng)時(shí)間對(duì)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(yīng)6h，得到MOS，該晶須的長(zhǎng)度為20～45μm，長(zhǎng)徑比約為31，并且，晶須表面光滑，纖細(xì)均勻無(wú)彎曲，純度高。

3 MOS晶須研究存在的問(wèn)題

盡管MOS晶須有許多優(yōu)良的性能和特點(diǎn)，應(yīng)用的前景也很廣闊，但是目前我國(guó)對(duì)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(wèn)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(yè)化學(xué)品，需要經(jīng)過(guò)工藝加工或者提純制造才制造出來(lái)的，其作為原料成本較高。不過(guò)，目前有人開(kāi)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(yīng)條件的選擇

在制備MOS晶須的過(guò)程中，其產(chǎn)品質(zhì)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(yīng)過(guò)程的溫度、反應(yīng)時(shí)間、攪拌速度以及雜質(zhì)種類(lèi)和含量等因素，都會(huì)對(duì)產(chǎn)品的形貌和組成由不同程度的影響，要想得到高質(zhì)量，高純度的MOS晶須產(chǎn)品，就需要考慮以上各種因素對(duì)晶須品質(zhì)的影響，找到最適宜的條件。實(shí)際操作起來(lái)，過(guò)程比較繁瑣，而且不同的研究者之間存在爭(zhēng)議。

[1]劉伯元,隗學(xué)禮,許浩坤.高性能無(wú)機(jī)阻燃、增強(qiáng)纖維—鎂鹽晶須在塑料改性和涂料工業(yè)中的應(yīng)用[J].塑料技術(shù),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(zhǎng)機(jī)理[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),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.