Mg(OH)2晶須的制備方法課件

1、 Mg(OH)2晶須的概況晶須的概況 Mg(OH)2晶須是功能型的短纖維材料，既能阻燃，又有增強材料的功效。作為阻燃劑，它具有阻燃、不揮發(fā)、不腐蝕、不產(chǎn)生有毒氣體的特點，是無鹵環(huán)境友好型阻燃劑。作為晶須增強材料，Mg(OH)2 晶須具有很好的增強增塑性能，可用于熱固性樹脂，熱塑性樹脂，橡膠等聚合物中，能制造出高性能的工程塑料，特殊復合材料，膠粘劑，新型涂料 等。而且其工藝性能好所以它在復合材料制造中具有非常重要的價值和廣闊的應(yīng)用前景。黃世興黃世興 羅偉亮羅偉亮 陳陳 林林 出品出品 Mg(OH)2晶須的概況晶須的概況 Mg(OH)2晶須的生長機理晶須的生長機理 晶須生長機理非常復雜，當前普遍認

2、為，晶須生長機理主要有氣液固(VLS)機理、液固(LS)機理和螺旋位錯。 實驗認為，Mg(OH)2晶須的形成屬于LS機制，L為液體反應(yīng)物，S為固體反應(yīng)物，它有成核和生長2個 階段。Mg(OH)2晶須生長首先要求有一個作為螺旋位錯的基質(zhì)，同時還有傳質(zhì)過程中的原料供給，即 助溶劑作為傳質(zhì)載體不斷將液體反應(yīng)物輸送到基質(zhì)處，隨著溫度的上升及恒溫時間的延長先形成了晶核，繼之長大，從而進行4步生長模型：反應(yīng)微區(qū)的形成、晶核的形成、晶核成長、晶須形成。關(guān)鍵是位錯的形成和發(fā)展，Mg(OH)2晶須的形成大致過程可用Scheme 1來表示，即依abcd生長。 Mg(OH)2晶須是功能型的短纖維材料，既能阻燃，又有

3、增強材料的功效。作為阻燃劑，它具有阻燃、不揮發(fā)、不腐蝕、不產(chǎn)生有毒氣體的特點，是無鹵環(huán)境友好型阻燃劑。作為晶須增強材料，Mg(OH)2 晶須具有很好的增強增塑性能，可用于熱固性樹脂，熱塑性樹脂，橡膠等聚合物中，能制造出高性能的工程塑料，特殊復合材料，膠粘劑，新型涂料 等。而且其工藝性能好所以它在復合材料制造中具有非常重要的價值和廣闊的應(yīng)用前景。 Mg(OH)2晶須的生長機理晶須的生長機理 晶須生長機理非常復雜，當前普遍認為，晶須生長機理主要有氣液固(VLS)機理、液固(LS)機理和螺旋位錯。 實驗認為，Mg(OH)2晶須的形成屬于LS機制，L為液體反應(yīng)物，S為固體反應(yīng)物，它有成核和生長2個 階

4、段。Mg(OH)2晶須生長首先要求有一個作為螺旋位錯的基質(zhì)，同時還有傳質(zhì)過程中的原料供給，即 助溶劑作為傳質(zhì)載體不斷將液體反應(yīng)物輸送到基質(zhì)處，隨著溫度的上升及恒溫時間的延長先形成了晶核，繼之長大，從而進行4步生長模型：反應(yīng)微區(qū)的形成、晶核的形成、晶核成長、晶須形成。關(guān)鍵是位錯的形成和發(fā)展，Mg(OH)2晶須的形成大致過程可用Scheme 1來表示，即依abcd生長。Mg(OH)2晶須的制備方法晶須的制備方法方法一：方法一：簡易水熱法簡易水熱法方法二：方法二：有機溶劑有機溶劑-微波微波-水熱水熱法制備氫氧法制備氫氧化鎂晶須化鎂晶須方法三：方法三：丙三醇丙三醇-變頻變頻微波微波-水熱法水熱法制備氫

5、氧化制備氫氧化鎂晶須鎂晶須Mg(OH)2晶須的制備方法晶須的制備方法方法一：方法一：簡易水熱法簡易水熱法方法二：方法二：有機溶劑有機溶劑-微波微波-水熱水熱法制備氫氧法制備氫氧化鎂晶須化鎂晶須方法三：方法三：丙三醇丙三醇-變頻變頻微波微波-水熱法水熱法制備氫氧化制備氫氧化鎂晶須鎂晶須方法一：簡易水熱法方法一：簡易水熱法1、試劑和儀器 NaOH、MgCl26H2O均為分析純試劑；自配制OR(某有機混合液)、HHS型恒溫器、FYX-2型高壓釜、5600型電子顯微鏡、3C型x射線衍射儀、銅靶、石墨彎晶單色器、掃描速率3度/min。 2、實驗方法 配制1.20 molL MgCI26H2O和1.90

6、molL NaOH溶液。均先在水溫為86的恒溫器中加熱 30 min后，邊攪拌邊將NaOH溶液緩慢加入到MgCl26H2O溶液中，加畢后立即將其置于水溫為100 的恒溫器中晶化5.5 h后取出。抽濾并洗滌試樣后，再置于烘箱于(1055)中烘2 h得成品。3、產(chǎn)品形貌、物性及純度檢測 圖1為產(chǎn)品Mg(OH) 2的SEM圖。由圖1可見，產(chǎn)品為晶須形狀，但發(fā)育并不是很完善。圖2為 Mg(OH)2 產(chǎn)品的XRD圖。經(jīng)與Mg(OH)2 標準衍射圖比較，圖2中的各峰位置和強度均與標準圖吻合， 證實了產(chǎn)品為Mg(OH) 2。方法一：簡易水熱法方法一：簡易水熱法方法二：有機溶劑方法二：有機溶劑-微波微波-水熱

7、法水熱法 制備氫氧化鎂晶須制備氫氧化鎂晶須1、儀器 微波-水熱高壓釜、恒溫器。2、實驗原料 青海東臺水氯鎂石混合物、有機溶劑(經(jīng)初步純化的，自配制，用OR表示)、NaOH(AR)、蒸餾水等。3、實驗理論指導 微波-水熱法具有獨特的晶體生長功能 ，有機溶劑的加入又使得反應(yīng)體系中某些分子或離子容易吸附在指定的晶面上，改變晶面發(fā)育情況。將微波、 有機溶劑同時用到水熱法中可制得特殊形狀的氫氧化鎂。氫氧化鎂晶須的形成經(jīng)歷了堿式氯化鎂階 段，可能發(fā)生的反應(yīng)有 ： （1） MgCl26H2O+(2-x)OH -Mg(OH) (2-x) Clx +(2-x)Cl - （2） Mg(OH) (2-x) Clxm

8、H2O - (1- x2) Mg(OH)2(晶須狀)+x2MgCl2+Mh2o4、實驗步驟 （1）原料組成質(zhì)量分數(shù)分析）原料組成質(zhì)量分數(shù)分析 按鹽和鹵水的分析方法 進行分析，水氯鎂 石混合物各主要離子組分質(zhì)量分數(shù)為Mg2+9.85， Ca 2+ 0.082。Cl-37.15，Na+1 3.126，K+ 1.211，SO2-40.108，酸不溶物0.055。 常溫有機溶劑有機溶劑微波-水熱反應(yīng)即將其置于水溫為100 的恒溫器中晶化5.5 h后取出。抽濾并洗滌試樣后，再置于烘箱于(1055)中烘2 h得成品。3、產(chǎn)品形貌、物性及純度檢測 圖1為產(chǎn)品Mg(OH) 2的SEM圖。由圖1可見，產(chǎn)品為晶須

9、形狀，但發(fā)育并不是很完善。圖2為 Mg(OH)2 產(chǎn)品的XRD圖。經(jīng)與Mg(OH)2 標準衍射圖比較，圖2中的各峰位置和強度均與標準圖吻合， 證實了產(chǎn)品為Mg(OH) 2。1、儀器 微波-水熱高壓釜、恒溫器。2、實驗原料 青海東臺水氯鎂石混合物、有機溶劑(經(jīng)初步純化的，自配制，用OR表示)、NaOH(AR)、蒸餾水等。3、實驗理論指導 微波-水熱法具有獨特的晶體生長功能 ，有機溶劑的加入又使得反應(yīng)體系中某些分子或離子容易吸附在指定的晶面上，改變晶面發(fā)育情況。將微波、 有機溶劑同時用到水熱法中可制得特殊形狀的氫氧化鎂。氫氧化鎂晶須的形成經(jīng)歷方法二：有機溶劑方法二：有機溶劑-微波微波-水熱法水熱法

10、 制備氫氧化鎂晶須制備氫氧化鎂晶須（2）沉淀反應(yīng)與水熱反應(yīng)）沉淀反應(yīng)與水熱反應(yīng) 將一定量的水氯鎂石溶液配制成含MgCl2 為 1-4 molL的溶液，并加入一定質(zhì)量分數(shù)的OR；在 恒溫器(設(shè)定0=80)內(nèi)用0.1 molL的NaOH在 快速攪拌下緩緩加入到水氯鎂石溶液中，并最終使得OH-Cl-=0.5。加樣一經(jīng)完成，立即將反 應(yīng)體系倒人反應(yīng)釜進行水熱反應(yīng)。設(shè)定反應(yīng)溫度 為180，反應(yīng)時間t為1.5 h。水熱反應(yīng)結(jié)束，取出漿料，靜置，OR與其他組分分層，回收OR。過濾沉淀并用蒸餾水淋洗數(shù)次，再將沉淀放在干燥箱內(nèi)干燥16 h得成品。5、結(jié)果與討論 （1）產(chǎn)品形貌檢測）產(chǎn)品形貌檢測 圖1中(a)是在

11、OR質(zhì)量分數(shù)為30時所得 Mg(OH) 2產(chǎn)品的SEM圖，(b)是在OR質(zhì)量分數(shù)為 60時所得Mg(OH)2產(chǎn)品的SEM圖。 (a)(b)了堿式氯化鎂階 段，可能發(fā)生的反應(yīng)有 ： （1） MgCl26H2O+(2-x)OH -Mg(OH) (2-x) Clx +(2-x)Cl - （2） Mg(OH) (2-x) ClxmH2O - (1- x2) Mg(OH)2(晶須狀)+x2MgCl2+Mh2o4、實驗步驟 （1）原料組成質(zhì)量分數(shù)分析）原料組成質(zhì)量分數(shù)分析 按鹽和鹵水的分析方法 進行分析，水氯鎂 石混合物各主要離子組分質(zhì)量分數(shù)為Mg2+9.85， Ca 2+ 0.082。Cl-37.15，

12、Na+1 3.126，K+ 1.211，SO2-40.108，酸不溶物0.055。 有機溶劑常溫有機溶劑微波-水熱反應(yīng)（2）沉淀反應(yīng)與水熱反應(yīng)）沉淀反應(yīng)與水熱反應(yīng) 將一定量的水氯鎂石溶液配制成含MgCl2 為 1-4 molL的溶液，并加入一定質(zhì)量分數(shù)的OR；在 恒溫器(設(shè)定0=80)內(nèi)用0.1 molL的NaOH在 快速攪拌下緩緩加入到水氯鎂石溶液中，并最終使得OH-Cl-=0.5。加樣一經(jīng)完成，立即將反 應(yīng)體系倒人反應(yīng)釜進行水熱反應(yīng)。設(shè)定反應(yīng)溫度 為180，反應(yīng)時間t為1.5 h。水熱反應(yīng)結(jié)束，取出漿料，靜置，OR與其他組分分層，回收OR。過濾沉淀并用蒸餾水淋洗數(shù)次，再將沉淀放在干燥箱內(nèi)干

13、燥16 h得成品。（2）物質(zhì)鑒定）物質(zhì)鑒定 取其中的反應(yīng)體系質(zhì)量分數(shù)為30OR的所得 產(chǎn)品用XRD進行鑒定,圖2是30OR所得產(chǎn)品的 XRD衍射圖，經(jīng)與Mg(OH) 2標準XRD衍射圖比較，證實了產(chǎn)品是氫氧化鎂。方法三：丙三醇方法三：丙三醇-變頻微波變頻微波-水水 熱法制備氫氧化鎂晶須熱法制備氫氧化鎂晶須1、試劑與儀器、試劑與儀器 MgCl2 6H2O、丙三醇和NaOH等試劑均為分析純。改裝的家用HC23BAV變頻微波爐、40 mL內(nèi)襯有聚四氟乙烯管的反應(yīng)釜、DMax-3C型x射線衍射儀、銅靶，A=015418 nm，石墨彎晶單色器，掃描速率005度s，掃描范圍10度70度；PHILIPS-S

14、L一30型掃描電鏡、JEM一101 1型透射電鏡。 2、實驗過程、實驗過程 氫氧化鎂晶須樣品由“丙三醇-變頻微波-水熱法”合成：將5、結(jié)果與討論 （1）產(chǎn)品形貌檢測）產(chǎn)品形貌檢測 圖1中(a)是在OR質(zhì)量分數(shù)為30時所得 Mg(OH) 2產(chǎn)品的SEM圖，(b)是在OR質(zhì)量分數(shù)為 60時所得Mg(OH)2產(chǎn)品的SEM圖。 (a)(b)（2）物質(zhì)鑒定）物質(zhì)鑒定 取其中的反應(yīng)體系質(zhì)量分數(shù)為30OR的所得 產(chǎn)品用XRD進行鑒定,圖2是30OR所得產(chǎn)品的 XRD衍射圖，經(jīng)與Mg(OH) 2標準XRD衍射圖比較，證實了產(chǎn)品是氫氧化鎂。0.005 mol MgCl2 6H2O，0.01 mol NaOH 和

15、丙三醇放入反應(yīng)釜內(nèi)，將反應(yīng)釜置于變頻微波爐內(nèi)，檢測溫度，在180下恒溫6 h。反應(yīng)完畢，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫后過濾收集沉淀，用蒸餾水及無水乙醇洗滌數(shù)次，將沉淀置于95烘箱中烘20 h，即得 白色柔軟纖維狀樣品，丙三醇采用蒸餾法回收3.1XRD3.1XRD分析分析 樣品s1s6的x射線衍射圖形見圖1由圖1可見，6條譜線的峰位和峰強基本一致，通過與氫氧化鎂標準衍射圖（JCPDS 2-07-0239）比較，樣品各峰位置及相對信號強度與標準衍射圖譜基本吻合，證實了各樣品均為氫氧化鎂。將各樣品衍射數(shù)據(jù)輸入Origin7.5程序，計算出樣品S1-S6在（101）晶面上的半峰寬分別為0.81度，0.89度

16、，0.62度，0.31度，0.49度和0.73度，樣品S4的半峰寬最小，結(jié)合衍射峰強度可知，樣品S4的結(jié)晶度最好，而樣品S1的結(jié)晶度最差。方法三：丙三醇方法三：丙三醇-變頻微波變頻微波-水水 熱法制備氫氧化鎂晶須熱法制備氫氧化鎂晶須1、試劑與儀器、試劑與儀器 MgCl2 6H2O、丙三醇和NaOH等試劑均為分析純。改裝的家用HC23BAV變頻微波爐、40 mL內(nèi)襯有聚四氟乙烯管的反應(yīng)釜、DMax-3C型x射線衍射儀、銅靶，A=015418 nm，石墨彎晶單色器，掃描速率005度s，掃描范圍10度70度；PHILIPS-SL一30型掃描電鏡、JEM一101 1型透射電鏡。 2、實驗過程、實驗過程

17、 氫氧化鎂晶須樣品由“丙三醇-變頻微波-水熱法”合成：將0.005 mol MgCl2 6H2O，0.01 mol NaOH 和丙三醇放入反應(yīng)釜內(nèi)，將反應(yīng)釜置于變頻微波爐內(nèi)，檢測溫度，在180下恒溫6 h。反應(yīng)完畢，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫后過濾收集沉淀，用蒸餾水及無水乙醇洗滌數(shù)次，將沉淀置于95烘箱中烘20 h，即得 白色柔軟纖維狀樣品，丙三醇采用蒸餾法回收3.1XRD3.1XRD分析分析 樣品s1s6的x射線衍射圖形見圖1由圖1可見，6條譜線的峰位和峰強基本一致，通過與氫氧化鎂標準衍射圖（JCPDS 2-07-0239）比較，樣品各峰位置及相對信號強度與標準衍射圖譜基本吻合，證實了各樣品均為

18、4、SEM和和TEM分析分析 圖2示出了樣品S1S6的SEM觀測結(jié)果從圖2 (D)可見，樣品s4的晶須質(zhì)量最好：分散性好，大小均勻，晶須產(chǎn)率接近100，未發(fā)現(xiàn)晶須斷裂現(xiàn)象；樣品sl的結(jié)晶度差，基本上未形成晶須圖2(A)；樣品s2有少部分晶須，但產(chǎn)率較低，粒子間的分散性很差圖2(B)；樣品s3中晶須產(chǎn)率較高，但仍有小部分非晶須粒子共存，分散性較差，斷裂現(xiàn)象較嚴重圖2(C)；樣品s5中的粒子已卷成紡綞狀而非晶須狀圖2(E)，這與我們 制備堿式硫酸鎂晶須現(xiàn)象相似；樣品S6變成了泥塊狀圖2(F)。氫氧化鎂。將各樣品衍射數(shù)據(jù)輸入Origin7.5程序，計算出樣品S1-S6在（101）晶面上的半峰寬分別為

19、0.81度，0.89度，0.62度，0.31度，0.49度和0.73度，樣品S4的半峰寬最小，結(jié)合衍射峰強度可知，樣品S4的結(jié)晶度最好，而樣品S1的結(jié)晶度最差。4、SEM和和TEM分析分析 圖2示出了樣品S1S6的SEM觀測結(jié)果從圖2 (D)可見，樣品s4的晶須質(zhì)量最好：分散性好，大小均勻，晶須產(chǎn)率接近100，未發(fā)現(xiàn)晶須斷裂現(xiàn)象；樣品sl的結(jié)晶度差，基本上未形成晶須圖2(A)；樣品s2有少部分晶須，但產(chǎn)率較低，粒子間的分散性很差圖2(B)；樣品s3中晶須產(chǎn)率較高，但仍有小部分非晶須粒子共存，分散性較差，斷裂現(xiàn)象較嚴重圖2(C)；樣品s5中的粒子已卷成紡綞狀而非晶須狀圖2(E)，這與我們 制備堿式硫酸鎂晶須現(xiàn)象相似；樣品S6變成了泥塊狀圖2(F)。 由SEM觀測結(jié)果可以看出，在反應(yīng)體系中加入體積分數(shù)為15的丙三醇效果最好。這可能是與丙三醇在一定條件下引起的螺旋位錯及丙三醇與水組成獨特的氫鍵網(wǎng)絡(luò)有關(guān)丙三醇可吸附在氫氧化鎂晶粒某一晶面而使晶體生長出現(xiàn)螺旋位錯，位錯的繁殖即形成晶須；一定濃度的丙三醇可能與溶液中負離子配位多面體