李志新，徐開(kāi)東，王繼娜，馬先偉，牛季收

（河南城建學(xué)院材料與化工學(xué)院，河南平頂山467036）

納米技術(shù)如今已成為科學(xué)研究領(lǐng)域的熱門(mén)，也是世界許多國(guó)家科學(xué)家競(jìng)相研究的熱點(diǎn)［1］。石膏材料作為建筑材料領(lǐng)域三大無(wú)機(jī)膠凝材料之一，在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中起到了舉足輕重的作用。由于傳統(tǒng)石膏材料強(qiáng)度較低，且功能較少，使它的應(yīng)用受到了很大的限制。如果將納米技術(shù)應(yīng)用到石膏材料中，不僅可以使石膏獲得較好的性能，而且還能為石膏增加一定的功能性，從而拓寬了它的應(yīng)用范圍。

1　納米材料在石膏中的功能性

1.1　光催化性

中國(guó)城市化進(jìn)程的加快，產(chǎn)生了大量污染性氣體，如甲醛（HCHO）、氮氧化物（NOx）、揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）。近年來(lái)納米光催化劑在科學(xué)研究和光催化工程研究領(lǐng)域備受關(guān)注［2］，并被證明利用太陽(yáng)光激發(fā)光催化劑能有效凈化HCHO、NOx和VOCs等大氣污染物。

納米TiO2是一種研究相對(duì)較多的納米材料，由于它所具有的獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì)，因此被視為理想的光催化劑之一。2009年，彭麗［3］采用改進(jìn)的溶膠-凝膠法對(duì)純TiO2做了改性，從而制備出TiO2-N光催化納米粉體，并將它們負(fù)載于石膏板表面，通過(guò)圖1的裝置對(duì)石膏板的光催化性（HCHO）做了考察。采用PPM400電化學(xué)甲醛傳感器檢測(cè)測(cè)試艙中HCHO的含量，研究了改性納米TiO2及不同光源對(duì)HCHO降解效率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)任何處理的石膏板對(duì)HCHO的吸附能力有限，而負(fù)載TiO2-N的石膏板對(duì)HCHO卻具有很強(qiáng)的吸附能力；摻氮后，TiO2-N在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光譜響應(yīng)和降解效率增大，但在紫外光下的降解效率卻是降低的。

圖1　納米TiO2光催化降解HCHO裝置

2015 年，M.Janus 等［4］在納米 TiO2中引入了氮和碳（TiO2-N，C），再將 TiO2-N，C 摻入建筑石膏中，研究納米 TiO2-N，C、改性溫度（100、300、600 ℃）及其摻加量（0、10%、20%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）對(duì)石膏光催化性能的影響，采用 FT-IR/DRS、UV-Vis/DR、BET和XRD等測(cè)試手段來(lái)分析它的光催化性。結(jié)果表明：在溫度為300℃、摻加量為20%時(shí)，制備的納米TiO2-N，C 比表面積較大（206 m2/g），氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.97%。此時(shí)，石膏表面上的氨主要以堿性-NH3+的形式存在，且只含有0.05%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的碳類(lèi)物質(zhì)，從而可以吸附酸性NO2，這就使得在該制備工藝和摻加量下，它的光催化效果最佳。

1.2　相變儲(chǔ)能性

隨著生活水平的提高，人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境的舒適度要求也相應(yīng)提升，這就造成室內(nèi)的能耗（空調(diào)制冷及采暖能耗）也隨之升高［5］。采用相變儲(chǔ)能材料是提高能源利用效率、降低能耗及提高建筑物舒適度的有效方法之一，它可以在熱能供應(yīng)充足時(shí)將多余能量以一定的形式儲(chǔ)存起來(lái)，在熱能供應(yīng)不足時(shí)釋放能量，這樣不僅可以緩解能量上的需求和供應(yīng)在時(shí)間和空間上存在的不匹配等情況，實(shí)現(xiàn)能源的合理有效配置，而且還可以保證設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，達(dá)到節(jié)能高效的目的［6］。加之人類(lèi)對(duì)納米材料認(rèn)識(shí)度的加深，納米級(jí)相變材料的研究越來(lái)越多，且在石膏中的應(yīng)用也隨之增多。

目前，常用的相變材料按照材料的組成可分為無(wú)機(jī)類(lèi)、有機(jī)類(lèi)和無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合類(lèi)。其中，脂肪酸類(lèi)相變儲(chǔ)能材料由于其相變潛熱大、無(wú)過(guò)冷現(xiàn)象、價(jià)格低廉和良好的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)［7］，已成為建筑中應(yīng)用較多的一種相變材料，但由于它存在液相滲漏、導(dǎo)熱率低、易燃及較低的耐熱性等缺點(diǎn)，在一定程度上限制了它的使用。為克服上述問(wèn)題，M.Sayyar等［8］在脂肪酸相變材料中添加了膨脹石墨烯和納米片，從而得到成本較低和外形穩(wěn)定的納米相變材料。之后又采用夾層結(jié)構(gòu)將納米相變材料加入到石膏墻板中，采用DSC測(cè)定了它的熔點(diǎn)、冰點(diǎn)及其潛熱能力，并在模擬晝夜溫度的實(shí)驗(yàn)間內(nèi)分析了摻納米相變材料石膏板的熱性能，再與商業(yè)的石膏墻板做了對(duì)比，熱傳導(dǎo)采用ASTME1530的方法測(cè)定。結(jié)果表明，在石膏板中摻加納米相變材料后，室內(nèi)的溫度浮動(dòng)變小，僅從18.5℃變?yōu)?6.5℃（原來(lái)從13℃到32℃），同時(shí)，達(dá)到室內(nèi)溫度最高值的時(shí)間也延長(zhǎng)。由此可知，納米相變材料的熱儲(chǔ)存和釋放能力更強(qiáng)。

K.Biswas等［9］對(duì)上述摻加納米相變材料的石膏板做了實(shí)地的實(shí)驗(yàn)。具體方法：首先建造一間以含納米相變材料的石膏板為內(nèi)墻的房子，并在普通石膏板外側(cè)加上纖維素作為絕緣腔，再將這間房子放在濕熱環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，摻加納米相變材料的石膏板降低了室內(nèi)溫度的最高值，減小了室內(nèi)溫度的變化，并再次證明納米相變材料具有較好的降低能耗的潛能。

尚建麗等［10］利用微膠囊技術(shù)將親水性材料包裹在囊芯或包覆在高分子壁材外側(cè)，使其形成具備調(diào)溫調(diào)濕雙重功能的微納米相變膠囊。并采用FT-IR、SEM對(duì)它的結(jié)構(gòu)和形貌做了分析，再將其添加到建筑石膏中，研究等溫條件下相對(duì)濕度（11%、33%、53%、76%和97%）對(duì)雙殼微納米相變膠囊石膏材料吸放濕過(guò)程的影響。采用飽和鹽溶液法、數(shù)學(xué)擬合方法、依據(jù)菲克定律以及吸放濕滯回環(huán)的表現(xiàn)，來(lái)分析雙殼微納米相變膠囊復(fù)合材料等溫放濕性能的特點(diǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，殼聚糖與甲基丙烯酸甲酯形成了外殼結(jié)構(gòu)，并且較好地將相變囊芯進(jìn)行了包覆。雙殼微納米相變膠囊石膏材料具有優(yōu)越的吸放濕性能，然而在石膏的吸放濕過(guò)程中，高分子外殼壁材不但有類(lèi)似于石膏孔隙的物理性吸附，而且還存在著“綁定”水分的化學(xué)性吸附，且“綁定”水分量隨相變膠囊摻加量的增加而增加，不隨等溫條件下相對(duì)濕度的變化而改變。此后，尚建麗等［11］又將含雙殼微納米相變膠囊的石膏板用作相變儲(chǔ)濕墻板，并在自然風(fēng)條件模擬房墻板內(nèi)表面溫度和相對(duì)濕度的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該相變儲(chǔ)濕墻板具有優(yōu)良的相變性能和儲(chǔ)濕性能，對(duì)提高室內(nèi)環(huán)境的舒適度幫助極大。2016年，尚建麗等［12］又采用細(xì)乳液界面聚合法制備了雙殼微納米相變膠囊，并將它摻入石膏基材料中，通過(guò)吸放濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)、升降溫循環(huán)實(shí)驗(yàn)對(duì)它的吸放濕效果、儲(chǔ)放熱效果及耐久性做了研究。研究表明，當(dāng)雙殼微納米相變膠囊摻加量達(dá)30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）時(shí)，石膏基雙殼微納米相變膠囊具有顯著的吸放濕效果和儲(chǔ)放濕效果，此時(shí)它的耐久性也較好。

T.Khadiran等［13］利用一步原位聚合法通過(guò)納米苯乙烯-甲基-丙烯酸甲酯聚合物殼包裹正十八烷制備了納米相變膠囊，并將納米相變膠囊加入石膏中，從而制備了一種新型智能石膏板。其中，納米相變膠囊的摻加量為1%～30%，在此基礎(chǔ)上，利用DSC測(cè)試相變膠囊和智能石膏板的熔點(diǎn)、冰點(diǎn)和潛熱能力，采用熱性能測(cè)試設(shè)備測(cè)試了新型智能石膏的熱儲(chǔ)存能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，納米相變膠囊的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較好，使用壽命較長(zhǎng)；摻加納米相變膠囊的智能石膏板具有較好的相變儲(chǔ)存能力，能夠降低室內(nèi)溫度的最高值和室內(nèi)溫度的波動(dòng)，在摻加量為10%時(shí)，它的熱儲(chǔ)存效果最佳。

通過(guò)前面的分析可知，納米材料作為功能性組分已經(jīng)開(kāi)始并且正逐漸應(yīng)用到石膏材料中，它在凈化室內(nèi)空氣、降低能耗、提高能源效率及改善人類(lèi)居住環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用，從而拓寬了納米技術(shù)應(yīng)用的思路。

2　納米材料對(duì)石膏性能的影響

2.1　提高石膏的力學(xué)性能

石膏刨花板的使用為石膏和木材提供了一種新的利用思路，但由于其具有比合成樹(shù)脂膠黏刨花板低得多的力學(xué)強(qiáng)度，這使它的使用受到了嚴(yán)重限制。為改變?cè)摤F(xiàn)狀，雷文等［14］在石膏刨花板中添加了納米SiO2，并對(duì)其做了超聲處理，進(jìn)而研究超聲波處理對(duì)納米顆粒分散情況、刨花結(jié)構(gòu)的影響。此外，作者結(jié)合超聲處理時(shí)間對(duì)刨花板力學(xué)性能（靜曲強(qiáng)度、靜曲模量）的影響，找出了最佳的超聲處理時(shí)間。研究表明，雖然超聲波處理會(huì)改變刨花板的結(jié)構(gòu)，但也有助于納米粒子在刨花中的分散，使納米SiO2較好地填充到刨花表面的凹槽中，部分甚至能滲透到刨花的細(xì)胞腔中，這使得石膏刨花板的力學(xué)強(qiáng)度得到較大幅度的提高，當(dāng)超聲處理時(shí)間為1 h時(shí)，它的性能最佳。

2007 年，W.Lei等［15］又研究了納米 SiO2摻加量、超聲分散時(shí)間及不同耦合劑對(duì)石膏刨花板力學(xué)性能的影響。結(jié)果再次證明，納米SiO2能改善石膏刨花板的性能，在30℃和40℃下制備的石膏刨花板，添加3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的納米SiO2時(shí)，產(chǎn)品的性能最好。此時(shí)的靜曲強(qiáng)度和靜曲模量分別提高了8.77%、12.44%（30 ℃）和 44.44%、108.38%（40 ℃），而石膏刨花板內(nèi)聚力的提高則分別需要在摻加量為3%（30℃）和 5%（40℃）時(shí)才能得到；此外，超聲波處理1 h后，靜曲強(qiáng)度和靜曲模量也分別提高了41.99%和47.80%；不同耦合劑對(duì)石膏刨花板性能的影響也不同，但在室溫下，硅烷KH570是最佳的改善石膏刨花板性能的耦合劑。

石膏制品在使用的過(guò)程中往往會(huì)發(fā)生些許破壞，這就造成它力學(xué)性能的降低和使用壽命的縮短。P.D′Armada 等［16］認(rèn)為納米石灰的粒徑較小（甚至可以小到200 nm），且納米石灰的比表面積越大，它的活性也越強(qiáng)，用它制備的石灰水能夠較為容易地發(fā)生滲透和碳化，因此認(rèn)為納米石灰可以用來(lái)填補(bǔ)石膏中的孔隙、修補(bǔ)石膏基材料，從而起到加固和增強(qiáng)石膏制品的作用。

建筑石膏水化硬化后，它的孔隙率較大、強(qiáng)度較低［17-18］。M.S.Garkavi等［19］通過(guò)在石膏中添加納米顆粒來(lái)改善石膏的結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高石膏強(qiáng)度的目的，并通過(guò)相關(guān)化學(xué)方程來(lái)反映它的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，加入納米粒子后，顆粒間的距離減小，并使得硬化顆粒的數(shù)量增多，接觸顆粒間的黏結(jié)強(qiáng)度也增加，從而增大了石膏的強(qiáng)度，同時(shí)，化學(xué)方程再次證實(shí)了納米顆粒的增強(qiáng)作用。

2.2　增加石膏的生物耐久性

在一些靠?；蜓亟某鞘兄校捎诃h(huán)境較為濕潤(rùn)，石膏板等建筑材料容易滋生真菌。這不僅影響了建筑材料的美觀，而且還會(huì)使建筑材料發(fā)生破壞。為此，H.L.Huang等［20］利用納米金屬的高比表面積、顆粒分布極為均勻等特點(diǎn)對(duì)石膏板做了改性，并研究了注入納米金屬前后，普通石膏板和綠色石膏板（釋放較少的有害氣體）抵抗真菌破壞能力的強(qiáng)弱以及添加不同的納米金屬（銀、銅和鋅）對(duì)石膏板生物耐久性的影響。實(shí)驗(yàn)所采用的真菌是室內(nèi)普遍存在的曲霉菌和青霉菌，而真菌在石膏板表面的生長(zhǎng)情況則根據(jù)ASTM G21—2009《合成高分子材料耐真菌的測(cè)定》來(lái)測(cè)定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同的納米金屬對(duì)石膏板抵抗真菌能力的提高攻效不同，對(duì)于普通石膏板而言，納米鋅的作用最強(qiáng)，納米銀和納米銅的作用相當(dāng)；而對(duì)于綠色石膏板而言，納米鋅的作用也是最強(qiáng)的，其次是納米銀，最差的是納米銅，且在注入納米金屬后，普通石膏板抵抗真菌侵蝕的作用更強(qiáng)。結(jié)果還表明，在石膏板中添加納米金屬對(duì)石膏板的生物耐久性提高顯著，且添加納米鋅是較佳的選擇。

2.3　對(duì)石膏水化進(jìn)程的影響

建筑石膏的水化硬化規(guī)律在一定程度上反映著石膏硬化體的強(qiáng)度等性能，它的水化越慢，放熱越分散、不集中，其過(guò)飽和度就會(huì)降低，強(qiáng)度也會(huì)受到影響。V.A.Tyumentsev等［21］將分散好的納米材料與石膏做了較為均勻的混合，納米材料的摻加量：碳纖維，0.1%、碳納米管，0.05%、硅灰，1%。再將水加入石膏和納米材料中，水灰質(zhì)量比均為0.63，并利用XRD測(cè)定了28.5～30.5°之間的XRD峰 （從石膏加水開(kāi)始，每隔 3～4 min測(cè)定一次），以此反映原始相（CaSO4·1/2H2O）和形成相（CaSO4·2H2O）之間量的大小關(guān)系，進(jìn)而研究了添加納米外加劑（碳材料、硅灰）對(duì)石膏水化動(dòng)力學(xué)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加的納米外加劑加速了（400）處峰（CaSO4·1/2H2O）的消失，而（141）處的峰（CaSO4·2H2O）則快速增加，這證明了納米外加劑加速了建筑石膏的水化和形成。

2.4　對(duì)石膏晶體結(jié)構(gòu)的影響

掌握石膏硬化體的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)于調(diào)控石膏的性能至關(guān)重要。V.A.Tyumentsev等［21］又利用 XRD 的積分寬度和面心計(jì)算了石膏晶體的粒徑大小和晶面間距，進(jìn)而研究了添加納米外加劑（碳材料、硅灰）對(duì)石膏晶體結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在石膏水化過(guò)程中，未摻加任何納米外加劑的石膏晶體大小并未發(fā)生變化，而水化10 min后，摻加硅粉的石膏晶體粒徑卻從65 nm降至55 nm，且隨二水石膏生成量的增加，它的平均晶粒粒徑又降至50 nm；而對(duì)于摻加碳納米管和碳纖維的石膏而言，它們的晶粒初始粒徑卻是增加的，分別為68 nm和70 nm，但隨著新相二水石膏的生成，它們的粒徑又分別降為58nm和62nm。由此可知，添加納米外加劑的石膏晶粒隨水化時(shí)間的延長(zhǎng)均逐漸降低，在石膏水化的整個(gè)過(guò)程中，它們晶粒的大小降低了9%～15%，且摻加納米硅灰的石膏晶粒最小。此外，摻加納米外加劑的石膏晶體擁有一個(gè)鑲嵌結(jié)構(gòu)。

3　利用石膏制備納米材料

3.1　制備納米羥基磷灰石

羥基磷灰石不僅被廣泛應(yīng)用于骨組織的修復(fù)與替代技術(shù)中，而且還是一種綠色環(huán)保與智能的材料。此外，納米羥基磷灰石對(duì)眼角膜組織的形成有細(xì)胞誘導(dǎo)作用，有望用于人工眼角膜材料。尚雷等［22］以磷石膏為原料，通過(guò)控制沉淀法制備參數(shù)（反應(yīng)溫度、表面活性劑用量、陳化時(shí)間、煅燒溫度和煅燒時(shí)間），采用正交實(shí)驗(yàn)來(lái)研究納米羥基磷灰石的最佳制備工藝，并利用FT-IR、XRD和SEM對(duì)樣品做了分析與表征。實(shí)驗(yàn)得到最佳工藝：反應(yīng)溫度為40℃、表面活性劑為CaCl2、摻加量為 1.5%、陳化時(shí)間為12 h、煅燒溫度為700℃、煅燒時(shí)間為4 h。在此條件下，納米羥基磷灰石的性能較好，呈球形，平均粒徑為97 nm，且分散性好，大小也極為均勻。

3.2　制備納米CaCO3

納米CaCO3為前軀體制備的納米CaO基CO2吸附劑，具有分解溫度低、吸附速率快和吸附容量高等性能，這就使得制備納米CaO基CO2吸附劑時(shí)，需要制備出大量且較為廉價(jià)的前軀體納米CaCO3。蘭培強(qiáng)［23］利用工業(yè)廢渣磷石膏，并在含有氨的水溶液和含有CO2的反應(yīng)體系中，采用氣-液-固一步法來(lái)制備納米CaCO3，并研究了制備時(shí)間、制備溫度、CO2用量、可溶性雜質(zhì)和攪拌速度對(duì)石膏的轉(zhuǎn)化過(guò)程、納米CaCO3的粒徑、形貌、晶形及其含量的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該方法制備納米CaCO3簡(jiǎn)單易行，升高溫度、增加CO2用量、加快攪拌速度或?qū)α资噙M(jìn)行清洗均可提高石膏的轉(zhuǎn)化速率；納米CaCO3粒徑的大小是受溫度和CO2用量共同影響的，它的形貌也受到CO2用量和反應(yīng)溫度的影響。

S.F.Wu等［24］利用磷石膏制備了納米 CaCO3。制備工藝：將氨水與磷石膏料漿混合并攪拌，在攪拌過(guò)程中不斷注入CO2氣體，直到石膏完全轉(zhuǎn)化為納米CaCO3為止。過(guò)濾后，將濾餅在水中分散，形成了納米CaCO3料漿。該方法制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低，分散時(shí)的溫度也較低，便于推廣與應(yīng)用。

朱玲等［25］又以磷石膏為原料，并通過(guò)粗CaCO3制備、酸溶樣、NH4HCO3及NH4OH沉淀的工藝流程，制備了納米CaCO3，并研究了制備方法、反應(yīng)溫度、添加劑、pH對(duì)產(chǎn)品顆粒形貌及結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)體系pH較高時(shí)（pH≥11），得到的納米CaCO3分散性好、形貌均一。

周靜等［26］優(yōu)化了磷石膏制備氧化鈣基二氧化碳吸附劑的工藝參數(shù)，并通過(guò)熱重分析和激光粒度儀測(cè)試了氧化鈣的含量和粒度分布，得到較佳工藝條件：反應(yīng)時(shí)間為50 min、溫度為30℃、二氧化碳通量為251 mL/min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，攪拌速率越慢越好，而雜質(zhì)含量越少越好。

4　納米石膏（CaSO4）的制備

納米CaSO4的比表面積較大、分散度較高，因此應(yīng)用范圍廣泛。將納米CaSO4應(yīng)用于固化土壤中的磷，其效果優(yōu)于粗硫酸鈣顆粒。由于α射線(xiàn)的波長(zhǎng)較短，容易被粗CaSO4顆粒吸收到表面，從而無(wú)法探測(cè)α射線(xiàn)。然而，顆粒較小的納米CaSO4卻可以用來(lái)探測(cè)α射線(xiàn)，這使得納米CaSO4的制備成了研究的熱點(diǎn)。

P.D.Sawant等［27］利用液-液分離法來(lái)制備納米CaSO4，并采用XRD對(duì)生成產(chǎn)物做了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，合成的納米CaSO4對(duì)于探測(cè)α射線(xiàn)非常有幫助，其具體制備方法：首先將適量的CaCl2和表面活性劑混合來(lái)制備十二烷基硫酸鈉的鈣鹽沉淀，再將該沉淀溶解到適量的乙二醇中，并添加一定量適當(dāng)濃度的硫酸溶液，期間需不斷攪拌，最后向溶液中逐滴加入無(wú)水乙醇，就得到一種含納米CaSO4的白色黏稠溶液。

N.Osterwalder等［28］利用火焰法合成了納米CaSO4（硬石膏），再將其壓實(shí)和水化，最終制備出了納米CaSO4·2H2O（石膏）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，制備出的納米硬石膏粒徑為20～50 nm，經(jīng)過(guò)壓實(shí)和水化后，得到的納米石膏是普通石膏硬度的3倍，納米石膏較高的力學(xué)性能可以部分歸結(jié)于內(nèi)部的針狀石膏晶體。具體制備方法：通過(guò)在140℃下保溫3 h的方式，將Ca（OH）2溶解到2-乙基乙酸中，從而除去反應(yīng)的水分，形成0.5 mol淺黃色的異辛酸鈣溶液；作為硫的來(lái)源，在合成之前，先將該溶液與二甲基亞砜以物質(zhì)的量比9∶11混合，并用體積分?jǐn)?shù)為50%的二甲苯稀釋?zhuān)焕妹?xì)管將該混合液吸入，并用轉(zhuǎn)動(dòng)泵以5 mL/min的速度噴灑到甲烷/氧氣火焰上。其中，氧氣的作用是分散液體，使它離開(kāi)毛細(xì)管，再通過(guò)同心燒結(jié)金屬環(huán)產(chǎn)生的屏蔽氣就可以得到一個(gè)穩(wěn)定的燃燒火焰，流量控制器用來(lái)控制氣體的流速；最后，將預(yù)先制備好的顆粒放在高于火焰的圓柱玻璃纖維濾波器上。但需注意的是，為避免冷凝發(fā)生在水分敏感的物品上，必須在合成納米CaSO4之前先對(duì)過(guò)濾設(shè)備于150℃下預(yù)熱。

為了更加有效地固化土壤中的磷，減輕水中的富營(yíng)養(yǎng)化情況，并為脫硫石膏提供一種新的利用途徑，D.Chen 等［29］通過(guò)化學(xué)沉淀法合成了納米 CaSO4，并采用TEM（含EDX）觀察納米CaSO4的微觀形貌，采用XRF和熱重分析來(lái)測(cè)定土壤的基本成分和有機(jī)質(zhì)含量，再將它們添加到土壤中，進(jìn)行保存土壤中磷的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，納米CaSO4減少水中磷的效果非常明顯，具體方法：首先將2.466 g的CaCl2和0.954 g的十二烷基硫酸鈉溶解到去離子水中，得到沉淀，在該沉淀加入11.3 mL的濃硫酸之前，先要將該沉淀溶解到163.8 mL的乙二醇中，緊接著將79.8 mL的乙醇緩慢加入該溶液中，期間要不斷攪拌，就得到了含納米CaSO4的溶液，之后用3 000 r/min的離心機(jī)離心30min，并用無(wú)水乙醇提純幾次；最后，將該溶液用清水清洗，并用3 000 r/min的離心機(jī)離心15 min，該過(guò)程要重復(fù)4次以除去內(nèi)部的無(wú)水乙醇，并在超聲波中超聲10 min后才能用在土壤中進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

5　納米技術(shù)在石膏中應(yīng)用研究存在的問(wèn)題

盡管?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)納米技術(shù)在石膏中的應(yīng)用研究做過(guò)不少的工作，但由于研究工作仍然不夠系統(tǒng)、全面，導(dǎo)致在納米材料影響石膏宏觀性能（標(biāo)稠需水量、凝結(jié)時(shí)間）方面、利用石膏直接制備納米CaSO4等關(guān)鍵問(wèn)題上沒(méi)有突破。因此，對(duì)納米技術(shù)在石膏中的應(yīng)用存在以下3個(gè)問(wèn)題亟待解決。

1）功能型納米材料添加到石膏中的基礎(chǔ)研究較為薄弱，對(duì)納米二氧化鈦影響石膏性能的研究?jī)H停留在它的光催化降解甲醛和氮氧化物及納米二氧化鈦改性制度影響石膏強(qiáng)度方面，對(duì)納米相變材料的研究也僅限于它的相變儲(chǔ)能上。對(duì)關(guān)于納米二氧化鈦摻加量、摻加方式與光催化降解性的關(guān)系，納米二氧化鈦摻加量、摻加方式對(duì)石膏流動(dòng)性、水化速率與硬化體強(qiáng)度、顯微結(jié)構(gòu)的影響，不同的光催化納米材料使用效果與使用方法，對(duì)不同納米相變材料、摻加量影響石膏的熱儲(chǔ)能性、水化硬化規(guī)律及強(qiáng)度的影響等基礎(chǔ)問(wèn)題上缺乏系統(tǒng)、全面的認(rèn)識(shí)，以致于在如何選擇與使用功能型納米材料、如何進(jìn)行功能型納米材料的復(fù)合等一些關(guān)鍵問(wèn)題上得不到可靠的理論指導(dǎo)，嚴(yán)重制約了功能型納米材料在石膏中的使用。

2）有關(guān)納米材料改善石膏力學(xué)性能的研究不全面，對(duì)納米材料改善石膏力學(xué)性能的研究?jī)H停留在納米SiO2改善石膏刨花板的靜曲強(qiáng)度、靜曲模量方面，而對(duì)納米SiO2與石膏抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，納米SiO2對(duì)石膏流動(dòng)性、水化硬化規(guī)律的影響，不同納米材料改性效果等一系列基礎(chǔ)問(wèn)題的研究上仍然不夠系統(tǒng)、深入，造成納米材料在石膏中的利用率較低、適用性差，改性效果不明顯，極大地限制了納米材料在石膏中的使用。

3）利用石膏制備納米材料的基礎(chǔ)研究不深入，對(duì)納米CaSO4制備的研究?jī)H局限于采用化學(xué)試劑合成上，而對(duì)直接利用石膏制備納米CaSO4的研究較少涉及，這不但增加了生產(chǎn)成本，降低了產(chǎn)量，而且還會(huì)嚴(yán)重地阻礙了石膏的納米化進(jìn)程，制約納米石膏的廣泛使用。

6　納米技術(shù)在石膏中的應(yīng)用前景

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始探索納米技術(shù)在石膏材料中的應(yīng)用，并在納米材料提高石膏的力學(xué)性能、生產(chǎn)功能型石膏及利用石膏來(lái)生產(chǎn)納米材料等方面取得了一些成果，但納米技術(shù)在石膏中的應(yīng)用整體還處于初步研究階段，仍有許多的問(wèn)題亟待解決。

1）隨著建筑的多智能化及其功能化的發(fā)展，人們對(duì)石膏基建筑材料產(chǎn)品的要求也不僅僅局限于要滿(mǎn)足調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度、防火等的要求，而且還要求其具備其他特殊功能。因此，在石膏中摻入一定量的功能性納米材料，可以開(kāi)發(fā)出具有多功能的石膏產(chǎn)品，拓寬石膏材料的應(yīng)用范圍，為石膏的高效與功能化指明方向。

2）石膏的孔隙率較大、強(qiáng)度較低，這在一定程度上限制了它的使用。采用先進(jìn)的納米技術(shù)對(duì)石膏材料進(jìn)行改性，可以提高它的力學(xué)性能，因此，探索石膏增強(qiáng)性納米材料對(duì)于改善石膏的性能就顯得尤為重要。

3）納米CaSO4的比表面積較大、分散度較高，這使它比普通CaSO4的使用范圍更廣，采用石膏直接制備納米CaSO4將會(huì)是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì)。