A CaSO4-2H2O aktivitásának hatása a CaSO4-0,5H2O whiskerek hidrotermális képződésére

, Author

Abstract

Ez a dolgozat a kalcium-szulfát-dihidrát (CaSO4-2H2O) aktivitásának hatását vizsgálta a CaSO4-0,5H2O whiskerek hidrotermális képződésére, nyersanyagként kereskedelmi CaSO4-2H2O-t használva. A kísérleti eredmények azt mutatták, hogy a CaSO4-2H2O aktivitása javult, miután a kereskedelmi CaSO4-2H2O-t 6,0 órán keresztül 150°C-on kalcinálták, majd 1,0 órán keresztül szobahőmérsékleten hidratálták, ami az agglomerált részecskeméret 29,7 μm-ről 15,1 μm-re való csökkenésének, a fajlagos felület (BET) 4,75-ről 19,12-re, a szemcseméret 95 nm-ről 40 nm-re való növekedésének felelt meg. A kalcináló-hidratáló kezeléssel előállított aktív CaSO4-2H2O elősegítette a CaSO4-2H2O hidrotermikus oldódását, elősegítve a nagy oldalarányú félhidrát kalcium-szulfát (CaSO4-0,5H2O) whiskerek kialakulását.

1. Bevezetés

A nagy oldalarányú és homogén morfológiájú kalcium-szulfát (CaSO4) whiskerek szintézise az utóbbi években nagy figyelmet kapott, mivel ezek számos területen, mint például a műanyag, kerámia és papírgyártás stb. erősítőanyagként használhatók .

A CaSO4 whiskereket általában a CaSO4-0,5H2O whiskerek hidrotermikus képződésével állították elő a CaSO4-2H2O prekurzorból, amelyet a CaSO4-0,5H2O whiskerek magas hőmérsékleten történő kalcinálása követett. Wang és munkatársai 5-20 oldalarányú CaSO4-0,5H2O whiskereket állítottak elő 115°C-on, természetes gipszet használva reaktánsként . Wang és munkatársai megállapították, hogy a szuperfinom CaSO4-2H2O prekurzor használata alapvető fontosságú a kis átmérőjű CaSO4-0,5H2O whiskerek kialakításához, és a finomra őrölt gipsz hidrotermikus átalakításával 18,1 μm-nél kisebb agglomerátummérettel rendelkező CaSO4-0,5H2O whiskereket állítottak elő 0,19 μm átmérőjű és 98 oldalarányú CaSO4-0,5H2O whiskerekkel 120°C-on . Xu és munkatársai 110-150 °C-on l00-750 μm hosszúságú és 0,1-3 μm átmérőjű CaSO4-0,5H2O whiskereket állítottak elő a főként CaSO4-2H2O (93,45 tömegszázalék) és CaCO3 (1,76 tömegszázalék) összetételű kéntelenítő gipszből H2SO4 segítségével, hogy a CaCO3 szennyeződést aktív CaSO4-2H2O-ra változtassák. Yang és munkatársai 50-450 μm-es kalcium-szulfát whiskereket állítottak elő kéntelenítő gipsz hidrotermikus kezelésével 130°C-on 1,0 órán keresztül K2SO4 jelenlétében. Megállapították, hogy a legtöbb korábbi munka azt mutatta, hogy az aktív CaSO4-2H2O prekurzor használata elősegítette a nagy oldalarányú CaSO4-0,5H2O whiskerek hidrotermikus képződését.

Ebben a dolgozatban egy egyszerű kalcinációs-hidratációs hidrotermális reakciómódszert dolgoztunk ki az aktív CaSO4-2H2O prekurzor szintetizálására a kereskedelmi CaSO4-2H2O-ból és a nagy oldalarányú CaSO4-0,5H2O whiskerek előállítására hidrotermális körülmények között. Megvizsgáltuk a kalcinálás és a hidratálás hatását a CaSO4-2H2O prekurzor morfológiájára és szerkezetére, valamint a CaSO4-0,5H2O whiskerek morfológiájára.

2. Kísérleti

2.1. Kísérleti

2.1. A CaSO4-2H2O prekurzor morfológiája és szerkezete. Kísérleti eljárás

A kísérletekben nyersanyagként analitikai minőségű, kereskedelmi forgalomban kapható CaSO4-2H2O-t használtunk. A CaSO4-2H2O-t 150°C-on 3,0-6,0 órán keresztül szintereztük, majd deionizált vízzel kevertük, hogy a szilárd anyag és a víz súlyaránya 1,0-5,0 tömegszázalék legyen. Az 1,0-5,0 tömegszázalék CaSO4-2H2O-t tartalmazó szuszpenziót 1,0 óra szobahőmérsékleten történő keverés (60 r-min-1) után 4,0 órán keresztül 135°C-on autoklávban kezeltük, majd a hidrotermikus kezelést követően a szuszpenziót leszűrtük és 6,0 órán keresztül 105°C-on szárítottuk.

2.2. Az 1,0-5,0 tömegszázalék CaSO4-2H2O-t tartalmazó szuszpenziót a hidrotermikus kezelés után 4,0 órán keresztül autoklávban kezeltük. Jellemzés

A minták morfológiáját téremissziós pásztázó elektronmikroszkóppal (JSM 7401F, JEOL, Japán) detektáltuk. A minták szerkezetét porröntgendiffraktométerrel (D8 advanced, Brucker, Németország) azonosítottuk Cu Kα sugárzással . A minták agglomerált részecskeméretét lézeres részecskeelemzővel (Micro-plus, Németország) elemeztük. Az oldható Ca2+ -ot és az oldható Ca2+ -ot EDTA-titrálással és bárium-kromát spektrofotometriával (Modell 722, Xiaoguang, Kína) elemeztük.

3. Eredmények és megvitatás

3.1. Aktív CaSO4-2H2O képződése kalcinálási-hidratálási úton

A nyersanyag (a), a kalcinálási minta (b) és a hidratálási minta (c) morfológiáját és XRD-mintáit az 1. és 2. ábra mutatja. A CaSO4-2H2O nyersanyag szabálytalan lemezekből (hossza 1,5-20,0 μm, szélessége 3,5-10,0 μm) és részecskékből (átmérője 0,5-5,5 μm) állt. A CaSO4-2H2O nyersanyag a 150 °C-on 6,0 órán át végzett kalcinálási kezelés után CaSO4-0,5H2O szabálytalan téglalap alakú síkokká alakult át, amelyek hossza 1,0-10,0 μm, szélessége pedig 0,2-3,0 μm volt. A CaSO4-0,5H2O szobahőmérsékleten történő hidratálása 1,0-5,0 μm hosszúságú és 0,1-2,0 μm szélességű CaSO4-2H2O szabálytalan téglalap alakú síkok kialakulásához vezetett. A 2. ábrán látható adatok azt mutatták, hogy az XRD-csúcsok intenzitása a görbében gyengébb volt, mint a görbében , ami azt mutatja, hogy a kalcináló-hidratáló kezelés elősegítette a gyenge kristályosságú CaSO4-2H2O kialakulását. A nyersanyag, a kalcinálási minta és a hidratálási minta szemcseméretét a °-nál elhelyezkedő (020) csúcsok és a Scherrer-egyenlet alapján 94,9 nm-re, 37,5 nm-re, illetve 39,5 nm-re becsültük: , ahol , , , , , és a szemcseméretet, a Cu Kα hullámhosszát (1,54178 Å), a teljes szélesség a félmaximumnál (FWHM), illetve a Scherrer-állandót jelölik.

(a)
(a)
(b)
(b)
(c)
(c)

. (a)
(a)(b)
(b)(c)
(c)

1. ábra

A nyersanyag morfológiája (a), kalcinálás (b) és kalcinálás-hidratálás (c) minták.

2. ábra

Nyersanyag (1), kalcinálás (2) és kalcinálás-hidratálás (3) minták XRD-mintái. A fekete négyzet a CaSO4-2H2O-t, a fekete kör a CaSO4-0,5H2O-t jelöli.

A nyersanyag, a kalcinálási minta és a hidratálási minta BET és agglomerált részecskeméretét a 3. ábra mutatja. A BET és az agglomerált részecskeméret 4,75 m2-g-1 és 29,7 μm volt a nyersanyag esetében, 13,37 m2-g-1 és 15,5 μm a kalcináló minta esetében, és 19,12 m2-g-1 és 15,1 μm a hidratáló minta esetében, ami a minták BET-értékének növekedését és az agglomerált részecskeméret csökkenését mutatja a kalcinálás és a kalcináló-hidratáló kezelés után. A fenti munka azt mutatta, hogy a kalcinálás-hidratálási kezelés elősegítette a CaSO4-2H2O prekurzor

(a)
(a)
(b)
(b)

aktiválását.

(a)
(a)(b)
(b)

3. ábra

BET (a) és az 1. minták agglomerált részecskeméretei (b): kereskedelmi CaSO4-2H2O, 2: kalcinációs minta és 3: kalcinációs-hidratációs minta.

CaSO4-0,5H2O whiskerek hidrotermikus képződése aktív CaSO4-2H2O prekurzorból.

A 4. ábra az és változását mutatja a hidrotermális reakcióidővel. A kereskedelmi CaSO4-2H2O-hoz képest a kalcináló-hidratáló kezeléssel előállított aktív CaSO4-2H2O hidrotermális állapotban könnyebben oldódott, így az és az aktív CaSO4-2H2O rendszerben magasabb volt, mint a kereskedelmi CaSO4-2H2O rendszerben. Az és 2,0-3,0 órán belüli fokozatos növekedése a CaSO4-2H2O gyorsabb oldódását jelezte, mint a CaSO4-0,5H2O kicsapódását, míg az és csökkenése a későbbi időpontban a CaSO4-0,5H2O gyorsabb kicsapódását mutatta, mint a CaSO4-2H2O oldódását.

(a)
(a)
(b)
(b)

. (a)
(a)(b)
(b)

4. ábra

A (a) és (b) értékek változása a hidrotermikus reakcióidővel. Prekurzor: 1: kereskedelmi CaSO4-2H2O, 2: aktív CaSO4-2H2O.

Az 5. ábra a minták morfológiájának változását mutatja a hidrotermális reakcióidővel. A kereskedelmi CaSO4-2H2O 2,0 óra hidrotermális kezelés után CaSO4-0,5H2O whiskerekké alakult át, míg a kalcináló-hidratáló kezeléssel előállított aktív CaSO4-2H2O 1,0 óra hidrotermális reakció után CaSO4-0,5H2O whiskerekké változott a hidrotermális oldási-csapadékképzési folyamat gyorsulása miatt. Azt is megfigyelték, hogy az aktív CaSO4-2H2O-ból képződött CaSO4-0,5H2O whiskerek átmérője sokkal vékonyabb volt, mint a kereskedelmi CaSO4-2H2O-é. Például 4,0 óra hidrotermikus reakció után a kereskedelmi CaSO4-2H2O-ból 1,0-5,0 μm átmérőjű, 5-100 μm hosszúságú és 20-80 oldalarányú CaSO4-0,5H2O whiskerek készültek, míg a CaSO4-0.5H2O 0,1-0,5 μm átmérőjű, 30-200 μm hosszúságú és 270-400 oldalarányú whiskereket állítottak elő az aktív CaSO4-2H2O prekurzorból (5(e) és 5(j) ábra).

(a)
(a)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
(e)
(e)
(f)
(f)
(g)
(g)
(h)
(h)
(i)
(i)
(j)
(j)

(a)
(a)(b)
(b)(c)
(c)(d)
(d)(e)
(e)(f)
(f)(g)
(g)(h)
(h)(i)
(i)(j)
(j)

5. ábra

A minták morfológiájának változása a hidrotermális reakcióidővel Prekurzor: (a)-(e): kereskedelmi CaSO4-2H2O, (f)-(j): aktív CaSO4-2H2O; idő (h): (a), (f) 0,5; (b), (g) 1,0; (c), (h) 2,0; (d), (i) 3,0; (e), (j) 4,0.

A 6. ábra a kereskedelmi/aktív CaSO4-2H2O CaSO4-0,5 H2O whiskerekké történő átalakításának sematikus rajzát mutatja. A kis szemcseméretű és nagy BET értékű aktív CaSO4-2H2O prekurzor kalcináló-hidratáló kezeléssel jött létre, amely felgyorsította a CaSO4-2H2O hidrotermikus oldódását és elősegítette a nagy oldalarányú CaSO4-0,5H2O whiskerek kialakulását.

6. ábra

Sémarajz a kereskedelmi/aktív CaSO4-2H2O átalakításához CaSO4-0.5H2O whiskerek.

4. Következtetés

Az aktív CaSO4-2H2O prekurzor javította a CaSO4-0,5H2O whiskerek morfológiáját. Az aktív CaSO4-2H2O-t a kereskedelmi CaSO4-2H2O 150°C-on történő 6,0 órás kalcinálásával állították elő, amit 1,0 órás szobahőmérsékleten történő hidratálás követett. Az aktív CaSO4-2H2O használata elősegítette a CaSO4-2H2O hidrotermikus oldódását és a nagy oldalarányú CaSO4-0,5H2O whiskerek kialakulását, így CaSO4-0.5H2O whiskerek keletkeztek, amelyek hossza 30-200 μm, átmérője 0,1-0,5 μm, oldalaránya pedig 270-400.

Köszönet

Ezt a munkát a Kínai Nemzeti Tudományos Alapítvány (51234003 és 51174125) és a Kínai Nemzeti Hi-Tech Kutatási és Fejlesztési Program (863 Program, 2012AA061602)

támogatta.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.