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《大连理工大学》 2009年
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新型镁质功能材料制备研究

吴敬元  
【摘要】: 高品质镁质功能材料是材料领域的研究热点之一,在环保、阻燃、医药、催化等领域都有着重要应用,镁质功能材料的性能与其粒径大小、形貌等因素密切相关,因此镁质功能材料的形貌、尺寸调控一直是材料制备领域中的重要研究课题。本论文选取碱式硫酸镁、氢氧化镁和氧化镁作为研究对象,开发了一系列新型制备工艺,成功地调控了这几种材料的形貌和尺寸。 本文设计了一个包含Mg~(2+)、SO_4~(2-)、NH_4~+和二乙醇胺的新碱性缓冲溶液体系,在水热条件下,氢氧化镁纳米粒子可以从该体系中均匀沉淀出来,在溶液中SO_4~(2-)的引导下,这些氢氧化镁纳米粒子可以转化为长径比大于100、具有均一形貌和尺寸的512型碱式硫酸镁晶须。在保持其他条件不变的情况下,简单地增大反应物浓度,晶须的平均直径从4μm至50 mn之间可调可控,能够适应各种具体应用的要求。在对实验结果进行深入分析的基础上,对该体系下碱式硫酸镁晶须的生长机理进行了初步探讨,有助于人们对碱式硫酸镁晶须结晶习性的理解。为了提高晶须材料与聚合物的相容性,使用硬脂酸钠对晶须进行了表面疏水改性处理。 以制备出的碱式硫酸镁晶须为原料,设计了一个包含丙三醇和氢氧化钠的可控阴离子交换反应体系,来控制碱式硫酸镁晶须中SO_4~(2-)和溶液中OH~-的交换反应,在常压80℃水浴条件下转化,得到的氢氧化镁晶须几乎能够完美保持前驱物的形貌,对于这样一个可控的阴离子交换体系,少量丙三醇的添加对于形貌保持和转化效率来说都是至关重要的。基于理论和实验的分析,这种可控的离子交换机理被简单讨论。 以直接沉淀的氢氧化镁为前驱物,利用添加柠檬酸盐的氢氧化钠溶液这一复合水热改性剂水热改性,合成了结晶度高、粒径均一、分散性好的完美六方片状氢氧化镁功能粉体产品,并对该粉体产品的表面进行了疏水性处理,同时对氢氧化镁在水热条件下的结晶生长机理进行了简单讨论。以六方片状氢氧化镁为前驱物,通过热处理制备了具有相同形貌的氧化镁功能粉体,明显增加了具有高催化活性晶面的暴露。 本文制备的具有可控直径的碱式硫酸镁和氢氧化镁晶须产品兼具阻燃和补强双重功能,是高聚物理想的环保型添加剂;制备的氢氧化镁功能粉体产品除可作为高品质阻燃剂使用外,还可以被应用于催化、医药、环保等诸多领域;具有高活性面的氧化镁功能粉体将是性能优良的催化材料。另外,本文所设计一些材料制备的新工艺以及所提出的生长机理也为其他微纳米材料的合成提供了有益的参考。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB34

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