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(qiáng)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(diǎn)，是無(wú)鹵環(huán)境友好型阻燃劑。作為晶須增強(qiáng)材料，Mg(OH)2 晶須具有很好的增強(qiáng)增塑性能，可用于熱固性樹(shù)脂，熱塑性樹(shù)脂，橡膠等聚合物中，能制造出高性能的工程塑料，特殊復(fù)合材料，膠粘劑，新型涂料 等。而且其工藝性能好所以它在復(fù)合材料制造中具有非常重要的價(jià)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(zhǎng)機(jī)理晶須的生長(zhǎng)機(jī)理 晶須生長(zhǎng)機(jī)理非常復(fù)雜，當(dāng)前普遍認(rèn)

2、為，晶須生長(zhǎng)機(jī)理主要有氣液固(VLS)機(jī)理、液固(LS)機(jī)理和螺旋位錯(cuò)。 實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，Mg(OH)2晶須的形成屬于LS機(jī)制，L為液體反應(yīng)物，S為固體反應(yīng)物，它有成核和生長(zhǎng)2個(gè) 階段。Mg(OH)2晶須生長(zhǎng)首先要求有一個(gè)作為螺旋位錯(cuò)的基質(zhì)，同時(shí)還有傳質(zhì)過(guò)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(shí)間的延長(zhǎng)先形成了晶核，繼之長(zhǎng)大，從而進(jìn)行4步生長(zhǎng)模型：反應(yīng)微區(qū)的形成、晶核的形成、晶核成長(zhǎng)、晶須形成。關(guān)鍵是位錯(cuò)的形成和發(fā)展，Mg(OH)2晶須的形成大致過(guò)程可用Scheme 1來(lái)表示，即依abcd生長(zhǎng)。 Mg(OH)2晶須是功能型的短纖維材料，既能阻燃，又有

3、增強(qiáng)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(diǎn)，是無(wú)鹵環(huán)境友好型阻燃劑。作為晶須增強(qiáng)材料，Mg(OH)2 晶須具有很好的增強(qiáng)增塑性能，可用于熱固性樹(shù)脂，熱塑性樹(shù)脂，橡膠等聚合物中，能制造出高性能的工程塑料，特殊復(fù)合材料，膠粘劑，新型涂料 等。而且其工藝性能好所以它在復(fù)合材料制造中具有非常重要的價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。 Mg(OH)2晶須的生長(zhǎng)機(jī)理晶須的生長(zhǎng)機(jī)理 晶須生長(zhǎng)機(jī)理非常復(fù)雜，當(dāng)前普遍認(rèn)為，晶須生長(zhǎng)機(jī)理主要有氣液固(VLS)機(jī)理、液固(LS)機(jī)理和螺旋位錯(cuò)。 實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，Mg(OH)2晶須的形成屬于LS機(jī)制，L為液體反應(yīng)物，S為固體反應(yīng)物，它有成核和生長(zhǎng)2個(gè) 階

4、段。Mg(OH)2晶須生長(zhǎng)首先要求有一個(gè)作為螺旋位錯(cuò)的基質(zhì)，同時(shí)還有傳質(zhì)過(guò)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(shí)間的延長(zhǎng)先形成了晶核，繼之長(zhǎng)大，從而進(jìn)行4步生長(zhǎng)模型：反應(yīng)微區(qū)的形成、晶核的形成、晶核成長(zhǎng)、晶須形成。關(guān)鍵是位錯(cuò)的形成和發(fā)展，Mg(OH)2晶須的形成大致過(guò)程可用Scheme 1來(lái)表示，即依abcd生長(zhǎng)。Mg(OH)2晶須的制備方法晶須的制備方法方法一：方法一：簡(jiǎn)易水熱法簡(jiǎn)易水熱法方法二：方法二：有機(jī)溶劑有機(jī)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(jiǎn)易水熱法簡(jiǎn)易水熱法方法二：方法二：有機(jī)溶劑有機(jī)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(jiǎn)易水熱法方法一：簡(jiǎn)易水熱法1、試劑和儀器 NaOH、MgCl26H2O均為分析純?cè)噭?；自配制OR(某有機(jī)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(xiàn)衍射儀、銅靶、石墨彎晶單色器、掃描速率3度/min。 2、實(shí)驗(yàn)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(cè) 圖1為產(chǎn)品Mg(OH) 2的SEM圖。由圖1可見(jiàn)，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(biāo)準(zhǔn)衍射圖比較，圖2中的各峰位置和強(qiáng)度均與標(biāo)準(zhǔn)圖吻合， 證實(shí)了產(chǎn)品為Mg(OH) 2。方法一：簡(jiǎn)易水熱法方法一：簡(jiǎn)易水熱法方法二：有機(jī)溶劑方法二：有機(jī)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(shí)驗(yàn)原料 青海東臺(tái)水氯鎂石混合物、有機(jī)溶劑(經(jīng)初步純化的，自配制，用OR表示)、NaOH(AR)、蒸餾水等。3、實(shí)驗(yàn)理論指導(dǎo) 微波-水熱法具有獨(dú)特的晶體生長(zhǎng)功能 ，有機(jī)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(jī)溶劑同時(shí)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(shí)驗(yàn)步驟 （1）原料組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析）原料組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析 按鹽和鹵水的分析方法 進(jìn)行分析，水氯鎂 石混合物各主要離子組分質(zhì)量分?jǐn)?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(jī)溶劑有機(jī)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(cè) 圖1為產(chǎn)品Mg(OH) 2的SEM圖。由圖1可見(jiàn)，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(biāo)準(zhǔn)衍射圖比較，圖2中的各峰位置和強(qiáng)度均與標(biāo)準(zhǔn)圖吻合， 證實(shí)了產(chǎn)品為Mg(OH) 2。1、儀器 微波-水熱高壓釜、恒溫器。2、實(shí)驗(yàn)原料 青海東臺(tái)水氯鎂石混合物、有機(jī)溶劑(經(jīng)初步純化的，自配制，用OR表示)、NaOH(AR)、蒸餾水等。3、實(shí)驗(yàn)理論指導(dǎo) 微波-水熱法具有獨(dú)特的晶體生長(zhǎng)功能 ，有機(jī)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(jī)溶劑同時(shí)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(jī)溶劑方法二：有機(jī)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?jǐn)?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(jìn)行水熱反應(yīng)。設(shè)定反應(yīng)溫度 為180，反應(yīng)時(shí)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(guò)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(cè)）產(chǎn)品形貌檢測(cè) 圖1中(a)是在

11、OR質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30時(shí)所得 Mg(OH) 2產(chǎn)品的SEM圖，(b)是在OR質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 60時(shí)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(shí)驗(yàn)步驟 （1）原料組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析）原料組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析 按鹽和鹵水的分析方法 進(jìn)行分析，水氯鎂 石混合物各主要離子組分質(zhì)量分?jǐn)?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(jī)溶劑常溫有機(jī)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?jǐn)?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(jìn)行水熱反應(yīng)。設(shè)定反應(yīng)溫度 為180，反應(yīng)時(shí)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(guò)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?jǐn)?shù)為30OR的所得 產(chǎn)品用XRD進(jìn)行鑒定,圖2是30OR所得產(chǎn)品的 XRD衍射圖，經(jīng)與Mg(OH) 2標(biāo)準(zhǔn)XRD衍射圖比較，證實(shí)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(xiàn)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(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)過(guò)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(cè)）產(chǎn)品形貌檢測(cè) 圖1中(a)是在OR質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30時(shí)所得 Mg(OH) 2產(chǎn)品的SEM圖，(b)是在OR質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 60時(shí)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?jǐn)?shù)為30OR的所得 產(chǎn)品用XRD進(jìn)行鑒定,圖2是30OR所得產(chǎn)品的 XRD衍射圖，經(jīng)與Mg(OH) 2標(biāo)準(zhǔn)XRD衍射圖比較，證實(shí)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(cè)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(guò)濾收集沉淀，用蒸餾水及無(wú)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(xiàn)衍射圖形見(jiàn)圖1由圖1可見(jiàn)，6條譜線(xiàn)的峰位和峰強(qiáng)基本一致，通過(guò)與氫氧化鎂標(biāo)準(zhǔn)衍射圖（JCPDS 2-07-0239）比較，樣品各峰位置及相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)衍射圖譜基本吻合，證實(shí)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(jì)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(qiáng)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(xiàn)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(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)過(guò)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(cè)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(guò)濾收集沉淀，用蒸餾水及無(wú)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(xiàn)衍射圖形見(jiàn)圖1由圖1可見(jiàn)，6條譜線(xiàn)的峰位和峰強(qiáng)基本一致，通過(guò)與氫氧化鎂標(biāo)準(zhǔn)衍射圖（JCPDS 2-07-0239）比較，樣品各峰位置及相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)衍射圖譜基本吻合，證實(shí)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(cè)結(jié)果從圖2 (D)可見(jiàn)，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(yán)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(jì)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(qiáng)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(cè)結(jié)果從圖2 (D)可見(jiàn)，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(yán)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(cè)結(jié)果可以看出，在反應(yīng)體系中加入體積分?jǐn)?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(cuò)及丙三醇與水組成獨(dú)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(zhǎng)出現(xiàn)螺旋位錯(cuò)，位錯(cuò)的繁殖即形成晶須；一定濃度的丙三醇可能與溶液中負(fù)離子配位多面體