【摘 要】
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三水碳酸镁是一种重要的碳酸镁水合物,其性能与形貌密切相关。现有三水碳酸镁晶体的制备,大多以调控简单棒状形貌为主,制约了三水碳酸镁的功能化应用。本文以菱镁矿或镁盐与碳酸铵为原料,引入气泡或添加剂,制备微纳米棒状、多孔球状等多形貌三水碳酸镁,并探究微纳米三水碳酸镁生长机理及其孔结构构筑机理。采用菱镁矿法制备微纳米棒状三水碳酸镁晶体研究结果表明,（1）空白条件下,反应温度为60℃、反应时间为120min
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“多孔三水碳酸镁晶体可控制备及其孔结构构筑机理”（项目编号 51804200,项目负责人:王余莲副教授）；
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三水碳酸镁是一种重要的碳酸镁水合物,其性能与形貌密切相关。现有三水碳酸镁晶体的制备,大多以调控简单棒状形貌为主,制约了三水碳酸镁的功能化应用。本文以菱镁矿或镁盐与碳酸铵为原料,引入气泡或添加剂,制备微纳米棒状、多孔球状等多形貌三水碳酸镁,并探究微纳米三水碳酸镁生长机理及其孔结构构筑机理。采用菱镁矿法制备微纳米棒状三水碳酸镁晶体研究结果表明,（1）空白条件下,反应温度为60℃、反应时间为120min、Mg（HCO3）2溶液浓度为0.3mol/L,溶液p H值为7.75±.05时,所得产物为平均长度38μm,平均直径1.4μm,长径比为27的光滑棒状晶体。加入气泡（CO2、空气、N2）与添加剂（无水乙醇、P123、F127）对产物形貌与物相组成有重要影响;（2）尺寸为1μm的空气气泡辅助下,制备出平均长度为45μm,平均直径1.5μm,长径比为30的光滑棒状晶体。空气气泡促进了细长棒状三水碳酸镁晶体的生长。尺寸为1μm的N2气泡辅助下,反应时间为120min时,所得产物为棒状聚集而成的放射状及不规则发散状晶体;（3）无水乙醇与Mg（HCO3）2溶液的体积比为1:4～1:2时,产物由三水碳酸镁转变为碱式碳酸镁。F127为添加剂,可制备出棒状、放射状、束状、菊花状晶体;（4）在气泡—添加剂共同作用下,所得产物多为棒状晶体。以镁盐、（NH4）2CO3为原料,糖类为添加剂,制备多孔三水碳酸镁研究结果表明:反应温度60℃,反应时间3h,葡聚糖添加量10.5%,p H值为9.5±0.05,获得平均直径为8μm,孔径为16.66nm,比表面积为23.96 m~2/g的多孔球状三水碳酸镁晶体;9～12h,可获得玫瑰花状三水碳酸镁;反应温度为30～50℃或葡聚糖添加量为1.5～7.5%,所得产物均为棒状与多孔球状混合的三水碳酸镁晶体;反应温度为70℃或p H值为11.5±0.05～12.5±0.05,产物为多孔棒状、花球状碱式碳酸镁。三水碳酸镁晶体的生长基元为[Mg O6]正八面体,其沿[010]方向无限连接形成长链,在螺型位错机制下形成棒状三水碳酸镁。N2气泡可以充当泡界模板,促进了不规则多面体状与放射状三水碳酸镁晶体的构筑。F127在溶液中形成的胶束对菊花状三水碳酸镁晶体的构筑具有导向作用。葡聚糖在多孔球状三水碳酸镁晶体的生长及其孔结构构筑过程中具有明显调控作用,其分子链上的羟基与镁离子通过静电匹配形成配位离子Mg OH+,配位离子和碳酸盐形成规则的[Mg O6]八面体生长基元,通过协同和加和作用形成纳米片。葡聚糖调控下,纳米片在交联网络结构上聚集、叠合,堆叠的纳米片通过外延生长形成多孔三水碳酸镁微球。三水碳酸镁孔结构构筑过程中,网络结构会限制纳米片之间成核分子的迁移,使纳米片之间发生“间距成核”,形成新的纳米片,因其通过回转运动不规则交叠,使经外延生长形成的多孔三水碳酸镁表面具有大小不一的孔结构。
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