Mg(NO3)2溶液中调控α-半水石膏晶体形貌的转化机制及高强度性能研究

本文推荐：研究团队通过常压盐溶液法，以Mg(NO3)2为介质，系统探究了反应条件对二水石膏（DH）转化为α-半水石膏（α-HH）的纯度、产率及长径比的影响。结果表明，优化条件下产物纯度达99.85%，抗压强度58.2 MPa，且Mg(NO3)2优先吸附于(111)晶面抑制轴向生长，显著降低长径比（2.02）。该研究为工业石膏高值化利用提供了新策略。

　　

Highlight

材料与方法

实验以六水合硝酸镁（Mg(NO₃)₂·6H₂O）为盐介质，在500 mL三颈烧瓶中开展。通过硫酸（H₂SO₄）和氢氧化钠（NaOH）调节pH，探究温度、时间、盐浓度等参数对α-HH晶体形貌的影响。

反应温度与时间的影响

XRD分析显示，80°C时仅存在二水石膏（DH）特征峰（2θ=11.63°），95°C下反应4小时可完全转化为α-HH（特征峰2θ=14.73°）。温度升高显著加速转化动力学，但超过95°C会导致晶体结构劣化。

硝酸镁浓度与pH的调控

Mg(NO₃)₂浓度在37%-44%（质量）时，晶体长径比从3.5降至1.8。pH=5时晶体尺寸最优，酸性过强（pH=2）会引发局部过饱和导致畸形生长。

结论

Mg(NO₃)₂通过强效吸附于α-HH的(111)晶面（吸附能计算验证），抑制c轴生长，从而制备出低长径比（2.02）、高强度（58.2 MPa）的α-HH，为工业石膏资源化提供绿色解决方案。