纤蛇纹石酸浸及其制备氧化硅纳米线的研究

杨艳霞 纤蛇纹石 酸浸 化学分散 氧化硅纳米线

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N_2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Fe~(2+)的形式取代八面体中的Mg~(2+),Al则主要以Al~(3+)的形式取代四面体中的Si~(4+);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SiO_(1.8)·0.6H_2O.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.

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