3D打印用磷石膏基晶须的尺寸可控制备与应用分析开题报告

全文总字数：6737字

1. 研究目的与意义（文献综述）

磷矿伴生资源中，伴生钙资源占40%以上。磷矿伴生钙资源主要以尾矿和磷肥企业在生产过程中排出以二水硫酸钙为主要成分的沉淀物，即磷石膏组成。随着磷肥产量的增加，磷石膏的堆存量与日俱增，不仅占用大量土地、耗费可观资金，浪费资源，其中可溶性 p₂o₅、f和重金属元素等随雨水浸出，产生酸性废水，风化飘扬，会引起土壤、水系、大气的严重污染和生态危害。随着磷肥工业快速发展，中国已成为世界第一大磷石膏副产国，2017年国内堆存磷石膏废料已经超过3亿吨，同时每年还会产生5000多万吨。因此将磷石膏进行有效合理的利用是磷化工行业面临的重大课题。

与巨大排放和堆存量相比，目前磷石膏应用领域较少，综合利用率仅为 20%，产品主要以每吨价格为20-30元左右的低值产品为主，缺乏运输价值，产品应用严重受地域限制。随着国家对环保重视，磷矿伴生资源利用率的提高、产品的高值化利用是大势所趋。磷石膏的综合利用方式有多种。在一些创新领域，如日本千叶县磷酸厂以磷石膏作为原料并对其进行一定条件下的处理制备β-半水石膏粉应用于石膏板材等石膏基建材制品领域。主要生产工艺为：磷石膏按固液比1:3加水制成一定浓度的石膏料浆，经浮选过滤将滤饼加入cao清除p₂o₅水溶性杂质，最后通过煅烧处理制得磷石膏基β-半水硫酸钙粉应用于现浇石膏板。

xiulong mao等通过实验和分子动力学模拟，研究了十二烷基磺酸钠(sds)和十二烷基苯磺酸钠(sdbs)对半水硫酸钙(hh)形貌的影响。结果表明，添加剂对hh晶体的轴向生长有明显的抑制作用。添加剂与(002)面之间的结合能(e_b)远高于其它表面的结合能(e_b)。得到以下序列：e_b(002)>e_b(110)>e_b(200)>e_b(110)，为实验结果提供了合理的解释。除上述添加剂外，还研究了其它线性烷基磺酸盐(las)和烷基苯磺酸盐(labs)对(002)表面的影响，其结合能随碳原子数的增加而增大。何花等以预处理后的磷石膏为原料, 氯化镁、丙三醇、丙三醇/无水乙醇、丙三醇/硬脂酸为助晶剂,采用水热法制备了硫酸钙晶须,利用xrf、sem、xrd和ft-ir分别对硫酸钙晶须的成分含量、表面形貌、物相特征等进行了表征。结果表明,混合助晶剂能够明显增大硫酸钙晶须的长径比,提高晶须合成率,改善晶须形貌。在丙三醇/无水乙醇体系中, 当v(无水乙醇)/v(丙三醇) =0.8时,硫酸钙晶须的合成率为96%,长径比可达90。在丙三醇/硬脂酸体系中,当m(硬脂酸)/m(磷石膏) =2%时,硫酸钙晶须的合成率为94%,长径比可达75。研究结果对hh晶体的性能评价和形貌改性剂的选择具有一定的指导意义，通过选择不同的形貌改性剂可得到不同长径比的半水硫酸钙晶须，进而影响晶须的力学性能和应用前景。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容：

1. 文献调研，了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系

2. 研究常压水热合成的酶晶剂种类和含量对晶须长径比的影响规律；

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   3. 研究计划与安排

   第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。 第4－6周：按照设计方案，熟悉3D打印成型工艺，开展石膏材料的常压水热合成实验，进行第一次阶段性成果报告。 第7－8周：批量合成具有不同长径比的石膏粉体，研究不同的酶晶剂、掺杂离子对晶须长径比的影响规律，进行第二次阶段性成果报告。第9－10周：开展晶须表面增容改性，探讨不同的改性剂浓度对晶须疏水改性效果的影响，进行第三次阶段性成果报告。第11周：研究晶须与热塑性高分子复合，分析晶须对复合材料3D打印性能的影响，构建论文框架。第12-13周：根据毕业论文框架补充数据，着重分析材料组分变化对打印构件力学性能的影响。 第14周：结合文献分析样品长径比对力学性能的影响，总结实验数据，完成并修改毕业论文。 第15周：论文答辩。

   4. 参考文献（12篇以上）

   [1] tayibi h, choura m, lópez f a, et al. environmental impact and management of phosphogypsum.[j]. journal of environmental management, 2009, 90(8):2377-86.

   [2] 郑磊, 陈宏坤, 王怀利, 等. 我国磷石膏综合利用现状与发展建议[j]. 磷肥与复肥, 2017, 32(3).

   [3] 武新民,杨再银. 磷石膏综合利用现状和展望[j]. 硫酸工业, 2017(8):18-21.

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