纤蛇纹石酸浸及其制备氧化硅纳米线的研究

论文摘要

氧化硅纳米线具有特殊的蓝光光致发光性能，是一种极具应用潜力的一维纳米新材料。本论文从天然矿物纤蛇纹石本身特有的纳米管状结构出发，研究其通过化学分散、酸处理制备纯度高、直径小、长径比大、分散均匀的氧化硅纳米线的方法及其结构和物化性能的表征。论文的主要研究内容和结果如下：（1）纤蛇纹石的化学分散用阴离子表面活性剂Aerosol OT（AOT）来分散纤蛇纹石，采用FTIR、XRD和SEM等方法对分散效果进行检测，研究结果表明：AOT能很好地吸附在纤蛇纹石表面，对其有很好的分散作用，分散后的纤维基本以纳米级的单纤维存在，纤维问间隙明显。（2）纤蛇纹石的盐酸浸出研究通过单因素实验确定了纤蛇纹石的最佳浸出条件。在此条件的基础上，建立了一种液-固相反应纤维状颗粒的宏观动力学模型，并用该模型计算出反应活化能为24.4 kJ／mol，与用等浸出法计算的反应活化能23.6kJ／mol基本吻合；反应活化能的值说明纤蛇纹石的盐酸浸出反应属扩散控制。利用XRF、XRD、FTIR和N2吸附-脱附等温技术对纤蛇纹石在盐酸浸出过程中的结构变化进行了研究，结果表明：纤蛇纹石中的Fe主要是以Fe2+的形式取代八面体中的Mg2+，Al则主要以Al3+的形式取代四面体中的Si4+；盐酸主要通过纤蛇纹石柱面方向与其发生反应，随着浸出的进行，纤蛇纹石中的镁和铁等可溶性成分进入溶液，八面体层逐渐消失，硅氧四面体结构层发生扭曲变形，形成最终的无定形氧化硅；纤蛇纹石比表面积和孔容随着浸出率的增大而增大，由吸附-脱附等温线的滞后回线特征判断其结构中主要含缝隙型孔。（3）纤蛇纹石制备氧化硅纳米线将化学分散与盐酸浸出相结合，利用纤蛇纹石制备出了高纯度的氧化硅纳米线，其化学组成为SiO1.8·0.6H2O。其结构为无定形，组成单元仍为硅氧四面体，这些四面体在一定程度上保持了六元环结构。氧化硅纳米线基本呈圆管状，表面较为光滑平整、分散性好，长度约十数微米，直径为25～55nm。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 一维纳米结构材料的研究现状
• 1.3 一维氧化硅纳米结构材料的研究现状
• 1.3.1 一维氧化硅纳米结构材料的制备方法
• 1.3.2 一维氧化硅纳米材料的结构和性能表征及其潜在应用
• 1.4 纤蛇纹石的矿物学性质及应用现状与展望
• 1.4.1 纤蛇纹石的矿物学性质
• 1.4.2 纤蛇纹石在传统领域中的应用
• 1.4.3 纤蛇纹石在高新技术领域中的应用
• 1.4.4 纤蛇纹石矿物综合利用中存在的问题与展望
• 1.5 本论文研究的意义、内容及课题来源
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料和试剂
• 2.2 实验设备仪器
• 2.3 研究方案与步骤
• 2.3.1 研究方案
• 2.3.2 实验内容与方法
• 第三章 纤蛇纹石的化学分散
• 3.1 引言
• 3.2 分散实验结果与分析
• 3.2.1 分散剂AOT用量对纤蛇纹石分散效果的影响
• 3.2.2 分散时间对纤蛇纹石分散效果的影响
• 3.2.3 乳化分散机转速对纤蛇纹石分散效果的影响
• 3.3 分散效果表征
• 3.3.1 FTIR表征
• 3.3.2 XRD表征
• 3.3.3 TG-DSC表征
• 3.3.4 SEM分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 纤蛇纹石盐酸浸出实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 浸出实验结果与分析
• 4.2.1 盐酸浓度对氧化镁浸出率的影响
• 4.2.2 浸出温度对氧化镁浸出率的影响
• 4.2.3 浸出时间对氧化镁浸出率的影响
• 4.2.4 液固比对氧化镁浸出率的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 纤蛇纹石盐酸浸出动力学研究
• 5.1 引言
• 5.2 液固相纤维状颗粒的宏观动力学模型
• 5.2.1 动力学模型的建立
• 5.2.2 小八宝纤蛇纹石盐酸浸出动力学计算
• 5.3 等浸出率法计算反应活化能
• 5.3.1 浸出动力学理论基础
• 5.3.2 等浸出法计算纤蛇纹石盐酸浸出反应活化能
• 5.4 本章小结
• 第六章 纤蛇纹石在盐酸浸出过程中结构变化的研究
• 6.1 引言
• 6.2 纤蛇纹石在盐酸浸出过程中结构变化的分析
• 6.2.1 XRF分析
• 6.2.2 FTIR分析
• 6.2.3 XRD分析
• 6.2.4 孔结构分析
• 6.2.5 纤蛇纹石在盐酸浸出过程中的结构变化模型
• 6.3 本章小结
• 第七章 纤蛇纹石制备氧化硅纳米线的研究
• 7.1 引言
• 7.2 组成分析
• 7.2.1 XRF分析
• 7.2.2 TG-DTG分析
• 7.3 结构分析
• 7.3.1 XRD分析
• 7.3.2 FTIR分析
• 7.4 形貌观察
• 7.5 本章小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果