前言：

"镁质化工材料是镁质材料行业三大产业之一，其产品广泛应用于冶金、建材、化工、汽车、电子、航空航天、医药、食品等领域。镁质化工材料产业发展迅速，在国内外占有一定市场份额，但目前生产企业规模普遍较小且以生产普通产品为主。随着科学技术的不断发展，功能镁质化工材料的制备技术已引起人们的极大关注，其重要性也日益显露，同时对功能镁质化工材料的多样化、功能化、精细化的要求日益提高。

微纳米水合碳酸镁是一种新型功能化镁质化工材料，由于具有无毒无污染、可循环再生、制备原料来源广泛等环境材料必备的环保性和经济性优点，以及不同于本体材料的热、光、电、力学和化学等特殊性能，因此具有广阔的应用前景。它们可用作过滤材料，还可用作橡胶、涂料、塑料、造纸等领域的增强和改性材料，食品、医药和化妆品等领域的添加剂，以及作为制备高纯或特殊形貌氧化镁的工业中间原料等。水合碳酸镁在国民经济建设中有着举足轻重的作用和地位。

受技术和成本的制约，目前微纳米水合碳酸镁尚未实现大规模的工业化生产，主要以可溶性镁盐和碳酸盐等化学试剂为原料采用共沉淀法合成，存在合成成本高、副产物易引发环境污染等问题，因而寻求适用大规模工业化生产的低成本原料和技术迫在眉睫。菱镁矿（主要成分MgCO3）是保障国家经济社会发展的重要矿产资源，是镁工业的主要原材料。据美国地质调查局公布数据，2014年全球菱镁矿储量240亿吨，中国储量50亿吨，占比达20.83%，位居世界第二位，主要分布在辽宁和山东，其中辽宁查明资源储量35.16亿吨，约占全国菱镁矿总储量的70%。基于我国菱镁矿资源丰富且品质优良这一资源优势，利用菱镁矿作为镁源制备水合碳酸镁具有原料廉价易得、来源广泛的优点。为了开发制备条件温和、生产成本低、结构特殊、形貌可控的微纳米水合碳酸镁，切实发挥其特异性能，扩大应用领域，加速推广进程，以及发挥更大的应用价值和经济效益，故著此书。

本书主要涉及菱镁矿法制备微纳米三水碳酸镁、碱式碳酸镁、五水碳酸镁及其应用等，内容共包括8章：在介绍菱镁矿的资源储量、开采状况、性质及用途等的基础上，介绍微纳米水合碳酸镁的制备及应用研究现状;详细阐述微纳米三水碳酸镁、微纳米碱式碳酸镁、花状五水碳酸镁的制备及生长机理;最后介绍了三水碳酸镁、碱式碳酸镁的表面改性及应用。本书中微纳米水合碳酸镁的工艺可以低成本大规模工业化推广，同时可为精细镁质化工材料的绿色环保、低成本开发提供理论和技术基础。全书由沈阳理工大学王余莲副教授撰写、统稿，最后由东北大学印万忠教授校稿。

希望本书能为从事矿物材料、粉体材料、精细化工及复合材料等专业的科研技术人员以及高校矿物加工、无机非金属材料、复合材料专业的师生提供参考。

本书撰写过程中参考了大量的文献资料,在此向这些文献的作者表示由衷的谢意!

本书在国家自然科学基金青年科学基金项目(No.51804200)资助下完成，特此感谢国家自然科学基金委！

由于作者水平有限，难免出现一些疏漏和不当之处，敬请读者批评指正。

著者

2019年4月

目录：

"1菱镁矿资源

1.1含镁矿物001

1.2菱镁矿储量及开采状况001

1.2.1菱镁矿储量分布001

1.2.2菱镁矿开采状况002

1.3菱镁矿性质及用途003

1.3.1矿物类型003

1.3.2物理化学性质004

1.3.3主要用途005

参考文献007

2微纳米水合碳酸镁制备及应用现状

2.1微纳米材料008

2.1.1微纳米材料定义008

2.1.2微纳米材料特性009

2.2微纳米水合碳酸镁概述010

2.3水合碳酸镁的制备方法011

2.3.1以固体矿为原料011

2.3.2以液体矿为原料013

2.4水合碳酸镁制备研究现状014

2.4.1五水碳酸镁制备研究现状014

2.4.2三水碳酸镁制备研究现状014

2.4.3碱式碳酸镁制备研究现状016

2.5水合碳酸镁表面改性及应用研究现状018

2.5.1表面改性研究现状018

2.5.2应用研究现状020

2.5.3水合碳酸镁研究与应用存在的问题021

2.6水合碳酸镁的发展趋势022

参考文献022

3菱镁矿法制备Mg(HCO3)2溶液

3.1原料与制备过程028

3.1.1原料与设备028

3.1.2制备过程029

3.1.3评价与分析030

3.2菱镁矿煅烧制度研究031

3.2.1煅烧制度对分解率的影响032

3.2.2煅烧制度对氧化镁活性的影响033

3.2.3煅烧制度对氧化镁水化率的影响034

3.2.4煅烧产物的表征035

3.3活性氧化镁水化过程研究036

3.3.1氧化镁水化原理036

3.3.2水化环境的选择036

3.3.3水化反应终点的选择038

3.3.4水化水温的影响039

3.3.5固液比的影响040

3.3.6水化时间的影响041

3.4氢氧化镁悬浊液碳化制备Mg(HCO3)2溶液041

3.4.1碳化原理041

3.4.2碳化反应终点的选择042

3.4.3碳化温度的影响043

3.4.4碳化时间的影响044

3.4.5CO2流量的影响045

3.4.6搅拌速度的影响045

3.5本章小结046

参考文献046

4微纳米三水碳酸镁的制备

4.1原料与制备方法049

4.1.1原料与设备049

4.1.2制备方法051

4.1.3检测方法与性能表征051

4.2热解温度对三水碳酸镁制备过程的影响052

4.3热解时间对三水碳酸镁制备过程的影响053

4.4搅拌速率对三水碳酸镁制备过程的影响055

4.5碳酸氢镁溶液浓度对三水碳酸镁制备过程的影响055

4.6碳酸氢镁溶液pH值对三水碳酸镁制备过程的影响056

4.7不同产地原料对三水碳酸镁制备过程的影响057

4.8添加剂种类对三水碳酸镁制备过程的影响058

4.8.1无机盐类添加剂对三水碳酸镁制备过程的影响059

4.8.2醇类添加剂对三水碳酸镁制备过程的影响061

4.8.3有机酸类添加剂对三水碳酸镁制备过程的影响066

4.8.4表面活性剂类添加剂对三水碳酸镁制备过程的影响068

4.8.5氨基酸类添加剂对三水碳酸镁制备过程的影响070

4.9三水碳酸镁晶须性能表征072

4.10三水碳酸镁晶须生长机理073

4.10.1MgCO3·3H2O晶体的生长基元074

4.10.2三水碳酸镁晶须的生长机制075

4.10.3三水碳酸镁结晶的热力学条件076

4.10.4三水碳酸镁结晶动力学过程的研究077

4.11本章小结086

参考文献090

5微纳米碱式碳酸镁的制备

5.1原料与制备方法092

5.1.1原料与设备092

5.1.2制备方法092

5.1.3检测方法与性能表征093

5.2热解Mg(HCO3)2溶液直接制备碱式碳酸镁094

5.2.1热解温度对碱式碳酸镁制备过程的影响094

5.2.2热解时间对碱式碳酸镁制备过程的影响095

5.2.3搅拌速率对碱式碳酸镁制备过程的影响096

5.2.4Mg(HCO3)2溶液pH值对碱式碳酸镁制备过程的影响097

5.2.5异丙醇辅助低温制备碱式碳酸镁098

5.3热解三水碳酸镁间接制备碱式碳酸镁101

5.3.1热解温度对碱式碳酸镁制备过程的影响102

5.3.2热解时间对碱式碳酸镁制备过程的影响102

5.3.3三水碳酸镁溶液浓度对碱式碳酸镁制备过程的影响103

5.3.4三水碳酸镁溶液pH值对碱式碳酸镁制备过程的影响104

5.3.5搅拌作用对碱式碳酸镁制备过程的影响105

5.4三种方法制备所得碱式碳酸镁的性能表征106

5.5碱式碳酸镁的生长机理研究109

5.5.14MgCO3·Mg(OH)2·4H2O晶体的生长基元109

5.5.2异丙醇辅助下低温热解制备碱式碳酸镁的机理研究109

5.6本章小结111

参考文献114

6花状五水碳酸镁的制备

6.1原料与制备方法116

6.1.1原料与设备116

6.1.2制备方法116

6.2磷酸二氢钾对五水碳酸镁制备过程的影响117

6.3磷酸二氢钾作用下花状MgCO3·5H2O的生长机理119

6.3.1MgCO3·5H2O的晶体结构119

6.3.2花状MgCO3·5H2O晶体的形成机理120

6.4本章小结122

参考文献122

7三水碳酸镁晶须表面改性及应用研究

7.1原料与表面改性方法123

7.1.1原料与设备123

7.1.2表面改性方法124

7.1.3三水碳酸镁在聚丙烯中的应用125

7.1.4三水碳酸镁催化酚醛聚合制备多孔炭126

7.1.5检测方法与性能表征126

7.2三水碳酸镁晶须的表面改性试验研究127

7.2.1表面改性剂种类对改性效果的影响127

7.2.2改性剂用量对改性效果的影响128

7.2.3初始料浆浓度对改性效果的影响128

7.2.4改性时间对改性效果的影响129

7.2.5改性温度对改性效果的影响129

7.2.6烘干温度对改性效果的影响130

7.2.7烘干时间对改性效果的影响130

7.3硬脂酸改性三水碳酸镁晶须的作用机理研究131

7.3.1三水碳酸镁晶须改性前后疏水性能表征131

7.3.2三水碳酸镁晶须改性前后XRD分析131

7.3.3三水碳酸镁晶须改性前后TG-DSC分析132

7.3.4三水碳酸镁晶须改性前后FT-IR分析133

7.3.5三水碳酸镁晶须改性前后表观形貌分析133

7.3.6三水碳酸镁晶须改性机理分析134

7.4三水碳酸镁晶须在聚丙烯中的应用研究135

7.4.1晶须对复合材料的增强和增韧聚合物机理135

7.4.2三水碳酸镁晶须/PP复合材料力学性能的研究136

7.5三水碳酸镁催化酚醛聚合制备多孔炭140

7.5.1炭质前驱体制备多孔炭性能的影响140

7.5.2多孔炭的制备145

7.6本章小结151

参考文献152

8碱式碳酸镁表面改性及应用研究

8.1原料与表面改性方法153

8.1.1原料与设备153

8.1.2表面改性方法154

8.1.3碱式碳酸镁/PP复合材料的制备155

8.1.4碱式碳酸镁制备多孔棒状特殊形貌氧化镁155

8.1.5检测方法与性能表征155

8.2碱式碳酸镁表面改性试验研究156

8.2.1料浆浓度对改性效果的影响156

8.2.2表面改性剂种类对改性效果的影响157

8.2.3改性剂用量对改性效果的影响157

8.2.4改性温度对改性效果的影响157

8.2.5改性时间对改性效果的影响158

8.2.6搅拌速度对改性效果的影响158

8.3硬脂酸钠改性碱式碳酸镁的作用机理研究159

8.3.1改性前后碱式碳酸镁的XRD分析159

8.3.2红外光谱仪检测结果159

8.3.3改性前后碱式碳酸镁的热分析结果159

8.3.4扫描电镜分析160

8.4碱式碳酸镁在聚丙烯中的应用研究160

8.4.1碱式碳酸镁/PP复合材料的制备160

8.4.2碱式碳酸镁/PP复合材料体系混料扭矩分析161

8.4.3极限氧指数数据分析162

8.4.4烟密度试验数据分析163

8.4.5拉伸试验数据分析164

8.4.6冲击试验数据分析165

8.4.7复合材料的性能分析166

8.5碱式碳酸镁法制备多孔棒状特殊形貌氧化镁167

8.5.1煅烧温度和煅烧时间对碱式碳酸镁分解率的影响168

8.5.2煅烧温度和煅烧时间对氧化镁组成的影响169

8.5.3煅烧温度和煅烧时间对氧化镁形貌的影响170

8.6本章小结171

参考文献172