多巴贻贝仿生聚合物调控制备高规整度α-半水石膏及性能研究

It is one of the main research directions in the field of materials to control the crystal growth by designing and synthesis the functional organic molecules. Numerous high-quality crystal materials were obtained in the presence of these functional organic molecules with structural character of biomolecules. α-calcium sulfate hemihydrate is a very important class of cementitious materials and has multiple applications.However,it is still a great challenge to obtain ideal α-calcium sulfate hemihydrate crystal material. Detailedly, this project consists of the following issues: (1)to prepare DPA-PEI molecules with structural character of biomolecules containing hydroxyl and amino groups; (2)to study the effect of DPA-PEI concentration and solution pH on crystal morphology of α- calcium sulfate hemihydrate crystal and The possible growth mechanismthe were investigated in salt solution; (3)to exploit the application of α-calcium sulfate hemihydrate crystal. More importantly, this project could open a new avenue in preparaion ideal α-calcium sulfate hemihydrate material for applications in the industrial molding fields. In addition, the strategy developed in this work is believed to be extendable to controlled crystal growth of other inorganic materials.

利用和设计合成功能有机分子调控晶体生长是当今材料领域的主要研究方向之一，这些功能有机分子往往具有生物分子结构特征，可进行晶体生长过程控制，从而获得各种高性能晶体材料。α-半水石膏是一种重要的胶凝材料，广泛应用于各种领域。然而，要获得理想的α-半水石膏晶体材料仍具有很大的挑战。本项目以工业废弃物脱硫石膏为原料，设计合成一系列具有生物分子结构特征的仿生聚合物为添加剂，调控制备高性能α-半水石膏晶体材料。具体内容:（1）设计合成一系列具有生物分子结构特征的含多巴和PEI分子的仿生聚合物DPA-PEI:（2）在常压盐溶液体系下，调控DPA-PEI浓度及反应体系的pH值使脱硫石膏脱水转化形成高性能α-半水石膏晶体，探讨其机理;（3）研究α-半水石膏晶体的力学性能及应用。本研究成果有望为制备高性能α-半水石膏提供可工程化的廉价调控剂及理论依据,同时,也可为其它晶体材料制备提供技术指导。

脱硫石膏是燃煤电厂湿法烟气脱硫工艺过程中排出的固体废弃物，数量巨大，少量用于水泥添加剂，土壤改性及制备纸面石膏板、建筑石膏等建筑材料，大多露天弃置，造成环境污染和资源浪费。因此，研究和发展脱硫石膏高值化利用技术，对于建设环境友好型和资源节约型社会具有重要意义。脱硫石膏加热脱水可得α-半水石膏。α-半水石膏是一种性能优良的改性石膏，应用极为广泛。研究表明，α-半水石膏的综合性能与晶体的形貌和规整度有关，只有高规整度、分散性好的六方短柱状或片状α-半水石膏才有较好的性能。然而，要得到高规整度、分散性好的短柱状α-半水石膏晶体具有很大的挑战。另外，到目前为止，形貌为六边片状的α-半水石膏晶体一直没有被观察到，该形貌的晶体所属晶系、空间群及所含结晶水至今存在争议。因此，研究片状形貌α-半水石膏晶体的形成机理及单晶结构，具有很重要的科学意义。. 在调控α-半水石膏晶体的生长过程中，我们采用具有生物分子结构特征的仿生聚合物为添加剂，首次得到片状形貌的α-半水石膏晶体，并进一步研究其形成机理、单晶结构及力学性能，测试表明片状α-半水石膏属高强石膏。. 实验中我们得到了重要的工艺参数，为制备高规整度、分散性好的高强度α-半水石膏提供工程化的调控剂及理论依据，弥补过去制备高品质α-半水石膏的技术不足。这一研究将将为工业化制备α-半水石膏提供一定的技术指导。实验中片状形貌α-半水石膏的形成机理、所属晶系、空间群及所含结晶水我们进行了系统研究，这一研究具有很重要的科学意义。