一种超声和微波协同辅助高效制备半水硫酸钙晶须的方法与流程

1.本发明属于无机功能材料制备技术领域，具体涉及一种超声和微波协同辅助高效制备半水硫酸钙晶须的方法。


背景技术：

2.近年来，纳米/亚微米尺寸的超高分子材料的应用受到了广泛的关注。它具有增强性能的潜力，如高机械强度和表面积，可作为骨移植替代物、陶瓷基质、支架或载体。纳米晶的性质不仅取决于其化学成分，还取决于其结构、相、形状、尺寸和尺寸分布。此外，具有明确形状的纳米尺寸材料的结构控制对于制造纳米材料非常重要。
3.在无机化合物家族中，硫酸钙是至关重要的。半水硫酸钙有耐高温、抗化学腐蚀、优良的力学性能、良好的相容性和平滑性等优点并且不会对人体健康造成危害，因此广泛用作塑料、橡胶、油漆、造纸、纺织品、颜料、陶瓷、医药、制药等领域的填料。
4.专利公布号为cn 111778560 a的中国发明专利申请公开了一种纳米无水硫酸钙纤维的可控制备方法，以硫酸钙经磨粉后在酸溶液中常压制备的无水硫酸钙晶体，但存在制备时间长所得产品应用价值较低的不足。专利公布号为cn104674333a的中国发明专利申请公开了一种硬石膏制备纳米级硫酸钙晶须的方法，其以硬石膏经磨粉除杂等预处理在高压釜中水压热生成纳米级硫酸钙晶须，但整个制备工艺的经济成本较高且反应时间较长。
5.目前没有关于超声微波协同作用在缩短半水硫酸钙晶须制备时间的研究文献报道。


技术实现要素：

6.本发明目的是针对以上所述现有技术存在的不足，提供一种超声和微波协同辅助高效制备半水硫酸钙晶须的方法，以解决传统制备硫酸钙晶须反应时间长、反应能耗高及反应效率低的根本问题。
7.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种超声和微波协同辅助高效制备半水硫酸钙晶须的方法，其包括的步骤如下：
8.(1)将纯度≥99.5％的二水硫酸钙研磨至180目以上(优选的，可以研磨至180-500目)，依次与二水硫酸钙质量0.5-5.0wt％的促晶剂和二水硫酸钙质量0.5-5.0wt％的晶型控制剂混合，然后将混合粉末按照固液比为1：(20-50)加入到w
甘油
：w
水
＝3：2的甘油-水溶液中，形成体系溶液；
9.(2)将步骤(1)所得到的体系溶液用超声波处理，同时通过微波升温至60-90℃反应5min-20min；反应结束后将含有半水硫酸钙晶须的固-液混合物过滤分离，收集白色固体，再用煮沸后的去离子水和无水乙醇各冲洗三次，即可获得长度为80～200μm，且无团聚现象的半水硫酸钙晶须。
10.所述步骤(1)中，促晶剂为硝酸铜、氯化铵、氯化钠、硫酸锂中的一种或两种以上的组合。
11.所述步骤(1)中，晶型控制剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六醇聚氧乙烯醚二甲基辛烷基氯化铵和十八烷基胺聚氧乙烯醚的一种或两种以上的组合。
12.所述步骤(2)中，超声波频率在20khz-24khz之间。
13.所述步骤(2)中，微波功率在600w-1000w之间；优选的，所述微波频率为2450mhz。
14.所述步骤(2)中，体系溶液置于超声-微波一体化反应器中进行。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：(1)通过超声波使液体中的气泡崩塌，产生湍流进入液体，从而驱动钙离子与硫酸根离子以极高的速度碰撞析出晶核；(2)超声比机械搅拌使溶液分散的更加均匀，不存在体系中局部过饱和度过高而析出大量晶核；(3)微波辐射加剧分子的运动，提高了分子的平均动能，加快了分子的碰撞频率，从而增加反应速率；(4)微波辐射降低了溶液体系的分子势能，导致液体表面张力和粘度系数的下降，不会引起晶须在醇-水溶液中的团聚；(5)该方法制备工艺简单反应时间短，并无需高压反应器，制备出的半水硫酸钙晶须有着广阔的应用前景；(6)实现了超声-微波协同体系下半水硫酸钙晶须的高效制备，扩大了半水硫酸钙在塑料、橡胶、造纸、颜料、陶瓷、医药、制药等领域作为填料的应用。
附图说明
16.图1本发明一种超声和微波协同辅助高效制备半水硫酸钙晶须的方法实施例1样品的sem图；
17.图2为具有团聚现象半水硫酸钙晶须的sem图；
18.图3本发明一种超声和微波协同辅助高效制备半水硫酸钙晶须的方法实施例1样品的xrd图。
具体实施方式
19.以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
20.实施例1
21.一种超声和微波协同辅助高效制备半水硫酸钙晶须的方法，其包括的步骤如下：
22.(1)将纯度≥99.5％的二水硫酸钙研磨至180目以上后，与二水硫酸钙质量5wt％的氯化铵和二水硫酸钙质量5wt％的十六烷基三甲基溴化铵混合，按照固液比为1：50加入到w
甘油
：w
水
＝3：2(甘油与水的重量比)的甘油-水溶液中；
23.(2)将步骤(1)所得的体系溶液置于超声微波反应器通过20khz 超声波处理，可以将体系分散均匀；同时以1000w功率的微波升温至90℃反应20min，反应结束后将固-液混合物过滤分离，收集白色固体，用煮沸后的去离子水和乙醇各冲洗三遍，得到半水硫酸钙晶须。对得到的样品进行sem和xrd检测，结果如图1和图3所示，相对于图2所示具有团聚现象半水硫酸钙晶须的sem图，本实施例得到的半水硫酸钙晶须为尺寸为194μm的无团聚现象的半水硫酸钙晶须。
24.实施例2
25.一种超声和微波协同辅助高效制备半水硫酸钙晶须的方法，其包括的步骤如下：
26.(1)将纯度≥99.5％的二水硫酸钙研磨至180目以上后，与二水硫酸钙质量
0.5wt％的硝酸铜和二水硫酸钙质量0.5wt％的椰油酸二乙醇酰胺混合，按照固液比为1：20加入到w
甘油
：w
水
＝3：2的甘油
‑ꢀ
水溶液中；
27.(2)将步骤(1)所得的体系溶液置于超声微波反应器中，通过 24khz超声波处理，将体系分散均匀；同时600w功率的微波处理升温至60℃反应5min，反应结束后将固-液混合物过滤分离，收集白色固体，用煮沸后的去离子水和乙醇各冲洗三遍，将得到的样品检测，为87μm无团聚现象的半水硫酸钙晶须。
28.实施例3
29.一种超声和微波协同辅助高效制备半水硫酸钙晶须的方法，其包括的步骤如下：
30.1)将纯度≥99.5％的二水硫酸钙研磨至180目以上后，与二水硫酸钙质量5wt％的硫酸锂和氯化钠(质量比3：2)和二水硫酸钙质量 0.5wt％的月桂醇醚磷酸酯钾和十六烷基三甲基溴化铵(质量比1：2) 混合，按照固液比为1：35加入到w
甘油
：w
水
＝3：2的甘油-水溶液中；
31.2)将步骤1)所得的体系溶液置于超声微波反应器中，通过22 khz超声波处理，将体系分散均匀，同时以800w的微波处理升温至 75℃反应15min，反应结束后将固-液混合物过滤分离，收集白色固体，用煮沸后的去离子水和乙醇各冲洗三遍。将得到的样品检测，为 138μm无团聚现象的半水硫酸钙晶须。
32.实施例4
33.一种超声和微波协同辅助高效制备半水硫酸钙晶须的方法，其包括的步骤如下：
34.1)将纯度≥99.5％的二水硫酸钙研磨至180目以上后，与二水硫酸钙质量3wt％的硫酸铵和二水硫酸钙质量2wt％的月桂醇醚磷酸酯钾混合，按照固液比为1：40加入到w
甘油
：w
水
＝3：2的甘油-水溶液中；
35.2)将步骤1)所得的体系溶液置于超声微波反应器中，通过24khz 超声波处理，将体系分散均匀；同时以1000w的微波处理升温至80℃反应10min，反应结束后将固-液混合物过滤分离，收集白色固体，用煮沸后的去离子水和乙醇各冲洗三遍，将得到的样品检测，为152μm 无团聚现象的半水硫酸钙晶须。
36.以上实施例仅为本发明的部分实施例，实施例并非用来限制本发明保护的范围，凡是利用本发明的内容所做的均等变化，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。