酒石酸添加剂对二水硫酸钙晶体形貌的影响

时间：2024-07-28

吴頔，崔鹏

（1.合肥学院化学与材料工程系，安徽合肥230601；2.合肥工业大学化学与化工学院，安徽合肥230009）

二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）具有分散良好、尺寸均匀、结构稳定等特点，在建材、塑料、陶瓷等领域具有广泛的应用前景[1-3]。

近年来，围绕CaSO4·2H2O晶体形貌的改进与性能提高，前人采用了各种无机添加剂、有机添加剂进行研究，其中有机添加剂已成为CaSO4·2H2O晶体形貌改进的研究热点之一。杨娜等[4]以柠檬酸为添加剂，将CaSO4·2H2O晶体形貌由针状转变为短柱状；唐娜等[5]以十二烷基苯磺酸钠等为晶体形貌改性剂，所制得CaSO4·2H2O晶体尺寸显著增大；李茂刚等[6]以烷基苯磺酸盐为改性剂，制得具有典型斜方体结构的CaSO4·2H2O晶体。学者们分别研究了不同有机添加剂对CaSO4·2H2O晶体形貌、结构和性能的影响[7-8]，但少有人研究酒石酸对CaSO4·2H2O晶体的影响。

本文以无水氯化钙为原料，在制备CaSO4·2H2O的反应结晶体系中，以酒石酸为有机添加剂，研究酒石酸对CaSO4·2H2O晶体形貌、结构的影响。

1 实验部分

1.1 实验试剂

无水氯化钙、无水硫酸钠、酒石酸、无水乙醇、盐酸、氢氧化钠，均为AR，购自国药集团药业股份有限公司。

1.2 实验方法

称取一定量CaCl2溶入100 mL去离子水中，作为溶液A；称取一定量Na2SO4和酒石酸，在超声搅拌下溶入100 mL去离子水制得溶液B；将A、B溶液混合，调节pH值，在搅拌速率100 r·min-1、70℃的恒温水浴锅中反应2 h；反应结束后滤纸过滤，再分别用去离子水、无水乙醇反复洗涤3次，40℃干燥6 h后，制得CaSO4·2H2O产物。

实验研究中酒石酸浓度固定为0.1 mol/L，pH值固定为11。

1.3 分析与表征

LX10-8813型傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR，美国PerkinElmer公司）；X射线衍射仪（XRD，荷兰帕纳科公司）；X'Pert PRO MPDX，操作参数为：管压管流40 kV/200 mA，扫描速度为5°·min-1，扫描角度为5°～70°；扫描电子显微镜（SEM，日本株式会社日立制作，U8020）。

2 结果与讨论

实验研究条件下，未添加酒石酸时反应结晶所制得CaSO4·2H2O的XRD图谱见图1。与PDF标准卡片对比可知，未添加酒石酸时，CaSO4·2H2O产物的XRD衍射峰与CaSO4·2H2O标准衍射峰基本一致，证实该条件下所制得产物为 CaSO4·2H2O，其中在（020）（021）（040）（041）晶面为尖峰，说明CaSO4·2H2O具有较完整的结晶度。

图1 无酒石酸时产物晶体的XRD图

添加酒石酸用量为0.1 mol/L时，反应结晶制得CaSO4·2H2O的XRD图谱见图2。与PDF标准卡片对比可知，添加酒石酸的产物XRD衍射峰与CaSO4·2H2O的标准衍射峰基本一致，与图1相同，证实所制得产物为CaSO4·2H2O，且具有较完整的结晶度。同时，图2中（020）晶面的峰强度增强，说明该晶面的结晶度得到了显著提高。

图2 添加酒石酸时晶体产物的XRD图

未添加酒石酸时，反应120 min时制得的CaSO4·2H2O晶体SEM照片见图3。

图3 无酒石酸时CaSO4·2H2O晶体的SEM图

由图3可见，未添加酒石酸时制得晶体形貌主要为针状和片状的混合物，其形貌和尺寸见表1，可见不添加酒石酸时CaSO4·2H2O晶体的长径较大。

表1 无酒石酸时CaSO4·2H2O晶体尺寸

在添加酒石酸条件下，相同条件下反应时间为120 min时所制得的CaSO4·2H2O晶体SEM照片如图4。

图4 添加酒石酸时CaSO4·2H2O晶体的SEM图

由图4可见，加入酒石酸条件下，CaSO4·2H2O晶体的形貌由针状和片状转变为星状，尺寸为长度25～60 μm，直径 20～25 μm，长径比 2∶1～1∶1。

通过与表1对比可知，添加酒石酸时CaSO4·2H2O晶体长度逐渐降低，直径增大，长径比趋向于1∶1。