淡化后濃海水制備硼酸鎂(Mg2B2O5)一維納米材料及應(yīng)用研究.pdf

1、硼酸鎂一維納米材料包括納米棒、納米線、納米帶等。其特殊的微觀結(jié)構(gòu)使其具有輕質(zhì)、高韌、高強(qiáng)及高模量等特點(diǎn)，在軍事、交通及航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛。目前多種方法制備了硼酸鎂一維納米材料，但存在步驟繁瑣、合成溫度以及原料成高等問(wèn)題。本論文以淡化后濃海水（主要成分為MgSO4、MgCl2、NaCl和KCl）為原料，采用均相沉淀和三元助熔劑工藝制備了硼酸鎂納米棒，在低成本和簡(jiǎn)化制備工藝方面取得突破，主要內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　以模擬日曬蒸發(fā)

2、得到的27.4Bh（波美度，海水濃度的表示方法）的濃海水和硼酸為原料，氫氧化鈉為沉淀劑，均相沉淀法制備了混合料漿，此過(guò)程發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成了Mg2(OH)3Cl、Na2SO4和Na2B4O5(OH)4·8H2O。干燥料漿，機(jī)械球磨混勻熔質(zhì)和三元助熔劑(Na2SO4、NaCl和KCl)得到粉體。粉體進(jìn)行熱量分析表明:在NaCl-KCl-Na2SO4三元助熔劑系統(tǒng)中硼酸鎂在540℃開(kāi)始生成，助熔劑在738℃開(kāi)始熔解，失重率為37.28％。并對(duì)

3、三元助熔劑煅燒過(guò)程制備硼酸鎂一維納米材料的熱力學(xué)進(jìn)行計(jì)算，確定了化學(xué)反應(yīng)。
　　應(yīng)用最佳球磨條件下的粉體制備了硼酸鎂一維納米材料。研究了煅燒溫度、升溫速率以及煅燒時(shí)間對(duì)硼酸鎂一維納米材料的生長(zhǎng)方向、空間結(jié)構(gòu)、組成與形貌演化過(guò)程的影響。在NaCl-KCl-Na2SO4三元助熔劑系統(tǒng)中，煅燒溫度、升溫速率以及煅燒時(shí)間均對(duì)制備的材料微觀形貌產(chǎn)生影響，但對(duì)其空間結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生影響;升溫速率較快對(duì)制備材料的組成產(chǎn)生影響;煅燒溫度和時(shí)間對(duì)制備材料

4、的生長(zhǎng)方向產(chǎn)生影響。當(dāng)煅燒溫度780℃，升溫速率為5℃min-1，煅燒時(shí)間為2h所得納米棒直徑在100nm-150nm之間，長(zhǎng)度大于5μm，形貌最佳。并對(duì)此樣品采用XPS、SEM、HRTEM、FT-IR以及BET等手段進(jìn)行了表征，進(jìn)一步解釋了制備產(chǎn)品的組成、空間結(jié)構(gòu)以及生長(zhǎng)方向等。
　　對(duì)模擬日曬至不同波美度的淡化后濃海水為原料制備硼酸鎂一維納米材料的工藝進(jìn)行了研究。對(duì)淡化后濃海水三元助熔劑制備硼酸鎂一維納米材料的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了初

5、步探討，結(jié)論為串并聯(lián)生長(zhǎng)機(jī)理。
　　與淡化后濃海水三元助熔劑工藝制備硼酸鎂一維納米材料相比，一元助熔劑制備硼酸鎂一維納米材料的煅燒溫度、硼酸鎂在助熔劑中的生成以及助熔劑的熔解溫度分別升高了40℃、84℃和64℃。在天然濃海水三元助熔劑制備硼酸鎂一維納米材料方面，增加了海水凈化工藝。因此淡化后濃海水三元助熔劑制備硼酸鎂一維納米材料占據(jù)顯著優(yōu)勢(shì)。
　　對(duì)最佳條件下制備的硼酸鎂納米棒應(yīng)用KH550改性后增強(qiáng)尼龍-6復(fù)合材料的力學(xué)性