吳 頔 ，崔 鵬

（1.合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系，安徽合肥230601；2.合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，安徽合肥230009）

二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O）具有分散良好、尺寸均勻、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)，在建材、塑料、陶瓷等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[1-3]。

近年來，圍繞CaSO4·2H2O晶體形貌的改進(jìn)與性能提高，前人采用了各種無機(jī)添加劑、有機(jī)添加劑進(jìn)行研究，其中有機(jī)添加劑已成為CaSO4·2H2O晶體形貌改進(jìn)的研究熱點(diǎn)之一。楊娜等[4]以檸檬酸為添加劑，將CaSO4·2H2O晶體形貌由針狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎讨鶢睿惶颇鹊萚5]以十二烷基苯磺酸鈉等為晶體形貌改性劑，所制得CaSO4·2H2O晶體尺寸顯著增大；李茂剛等[6]以烷基苯磺酸鹽為改性劑，制得具有典型斜方體結(jié)構(gòu)的CaSO4·2H2O晶體。學(xué)者們分別研究了不同有機(jī)添加劑對(duì)CaSO4·2H2O晶體形貌、結(jié)構(gòu)和性能的影響[7-8]，但少有人研究酒石酸對(duì)CaSO4·2H2O晶體的影響。

本文以無水氯化鈣為原料，在制備CaSO4·2H2O的反應(yīng)結(jié)晶體系中，以酒石酸為有機(jī)添加劑，研究酒石酸對(duì)CaSO4·2H2O晶體形貌、結(jié)構(gòu)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

無水氯化鈣、無水硫酸鈉、酒石酸、無水乙醇、鹽酸、氫氧化鈉，均為AR，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)藥業(yè)股份有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取一定量CaCl2溶入100 mL去離子水中，作為溶液A；稱取一定量Na2SO4和酒石酸，在超聲攪拌下溶入100 mL去離子水制得溶液B；將A、B溶液混合，調(diào)節(jié)pH值，在攪拌速率100 r·min-1、70℃的恒溫水浴鍋中反應(yīng)2 h；反應(yīng)結(jié)束后濾紙過濾，再分別用去離子水、無水乙醇反復(fù)洗滌3次，40℃干燥6 h后，制得CaSO4·2H2O產(chǎn)物。

實(shí)驗(yàn)研究中酒石酸濃度固定為0.1 mol/L，pH值固定為11。

1.3 分析與表征

LX10-8813型傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR，美國(guó)PerkinElmer公司）；X射線衍射儀（XRD，荷蘭帕納科公司）；X'Pert PRO MPDX，操作參數(shù)為：管壓管流40 kV/200 mA，掃描速度為5°·min-1，掃描角度為5°～70°；掃描電子顯微鏡（SEM，日本株式會(huì)社日立制作，U8020）。

2 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)研究條件下，未添加酒石酸時(shí)反應(yīng)結(jié)晶所制得CaSO4·2H2O的XRD圖譜見圖1。與PDF標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)比可知，未添加酒石酸時(shí)，CaSO4·2H2O產(chǎn)物的XRD衍射峰與CaSO4·2H2O標(biāo)準(zhǔn)衍射峰基本一致，證實(shí)該條件下所制得產(chǎn)物為 CaSO4·2H2O，其中在（020）（021）（040）（041）晶面為尖峰，說明CaSO4·2H2O具有較完整的結(jié)晶度。

圖1 無酒石酸時(shí)產(chǎn)物晶體的XRD圖

添加酒石酸用量為0.1 mol/L時(shí)，反應(yīng)結(jié)晶制得CaSO4·2H2O的XRD圖譜見圖2。與PDF標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)比可知，添加酒石酸的產(chǎn)物XRD衍射峰與CaSO4·2H2O的標(biāo)準(zhǔn)衍射峰基本一致，與圖1相同，證實(shí)所制得產(chǎn)物為CaSO4·2H2O，且具有較完整的結(jié)晶度。同時(shí)，圖2中（020）晶面的峰強(qiáng)度增強(qiáng)，說明該晶面的結(jié)晶度得到了顯著提高。

圖2 添加酒石酸時(shí)晶體產(chǎn)物的XRD圖

未添加酒石酸時(shí)，反應(yīng)120 min時(shí)制得的CaSO4·2H2O晶體SEM照片見圖3。

圖3 無酒石酸時(shí)CaSO4·2H2O晶體的SEM圖

由圖3可見，未添加酒石酸時(shí)制得晶體形貌主要為針狀和片狀的混合物，其形貌和尺寸見表1，可見不添加酒石酸時(shí)CaSO4·2H2O晶體的長(zhǎng)徑較大。

表1 無酒石酸時(shí)CaSO4·2H2O晶體尺寸

在添加酒石酸條件下，相同條件下反應(yīng)時(shí)間為120 min時(shí)所制得的CaSO4·2H2O晶體SEM照片如圖4。

圖4 添加酒石酸時(shí)CaSO4·2H2O晶體的SEM圖

由圖4可見，加入酒石酸條件下，CaSO4·2H2O晶體的形貌由針狀和片狀轉(zhuǎn)變?yōu)樾菭?，尺寸為長(zhǎng)度25～60 μm，直徑 20～25 μm，長(zhǎng)徑比 2∶1～1∶1。

通過與表1對(duì)比可知，添加酒石酸時(shí)CaSO4·2H2O晶體長(zhǎng)度逐漸降低，直徑增大，長(zhǎng)徑比趨向于1∶1。

3 結(jié)論

在CaSO4·2H2O結(jié)晶體系中加入酒石酸，可提高CaSO4·2H2O的結(jié)晶度，使晶體形貌由針狀和片狀轉(zhuǎn)變?yōu)樾菭睿w長(zhǎng)徑比趨向于1∶1。