以硫酸铵废水为原料，采用水热法制备了无水硫酸钙晶须(CSW)。首先研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和不同聚合度的聚乙二醇(PEG)对CSW生长行为的影响。然后用Materials Studio 2020软件对SDBS吸附在CSW表面进行分子动力学模拟，计算得到各晶面吸附能。结果表明，产物均为正交晶系的CSW。未加添加剂制备出的CSW平均长度为65.27 μm，长径比为40，但表面粗糙，分布不均匀。加入4%(质量分数)SDBS制备出的CSW形貌最优，分布均匀，表面光滑且均为针状，平均长度为136 μm，长径比为62。SDBS能促进CSW以螺旋位错的形式沿轴向生长，提高CSW长径比。

本文以磷石膏为原料蒸压制备半水硫酸钙晶须, 采用数字显微镜、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等微观测试方法对Mg2+作用下的半水硫酸钙晶须微观形貌、组成及晶面发育情况等进行试验研究, 运用分子动力学技术模拟计算Mg2+在半水硫酸钙晶体晶面的相互作用能和径向分布函数, 两者结合探讨Mg2+对半水硫酸钙晶体不同晶面结晶习性的影响。结果表明, Mg2+和半水硫酸钙晶体不同晶面的相互作用能从小到大顺序为: ΔE(200)<ΔE(002)<ΔE(400)<ΔE(020)<ΔE(204), 即Mg2+主要吸附在半水硫酸钙晶体的(200)、(002)、(400)晶面上。Mg2+与SO2-4间的作用距离小于Ca2+与SO2-4间的作用距离, Mg与S之间产生了明显的电子效应, 且电子效应随硫酸镁掺量的增加而增强, XRD衍射峰位置随硫酸镁掺量的增多向右偏移变得更加明显, 说明有少量的Mg2+嵌入半水硫酸钙晶格。在硫酸镁掺量0.15%(质量分数, 下同)时, 优先促进晶体c轴方向的生长, 使半水硫酸钙晶须呈细长针状, 平均长度为47.29 μm, 平均长径比为36.07; 在硫酸镁掺量为0.30%时, 抑制晶体沿c轴和径向的生长, 使半水硫酸钙晶须呈细短针状, 平均长度为39.72 μm, 平均长径比为28.91。

本文以稀土石膏为原材料研究了制备方法对硫酸钙晶须(CSW)形貌和结构的影响, 并以二水硫酸钙(分析纯)为原材料, CeCl3·7H2O为铈源, 探究稀土铈的加入对CSW的结构和形貌的影响。利用SEM、XRD、XPS和FL等表征手段对CSW的结构、形貌和组成及其荧光性能等进行表征和分析。研究结果表明: 采用微波法可以制备高长径比的CSW, 其平均长度为263 μm, 平均长径比为39.50。Ce3+以原子置换的形式进入CSW, 对晶须的晶体结构不产生影响, 但改善了CSW的形貌。添加2%(质量分数)的Ce3+能够促进晶须向一维生长, 使得CSW的长径比显著增加, 而过量的Ce3+会促使晶须横向生长。研究证明稀土石膏中含有微量的稀土元素Ce, 同时发现由稀土石膏制备的CSW具有发射蓝光的特性, 这对开发利用稀土石膏具有重要的理论指导意义。

以工业副产钛石膏为原料, 氢氧化钙饱和溶液为溶剂, 七水硫酸镁为晶型助长剂, 采用水热法制备α-半水硫酸钙晶须。研究了碱性环境下反应温度、反应时间、浆料固液比、晶型助长剂用量、体系总体积以及体系pH值对α-半水硫酸钙晶须产率及形貌的影响, 分析了晶须的生长机理。结果表明在碱性水热环境中, 钛石膏先转变为α-半水硫酸钙, 再逐渐依附于既有晶须生长, 形成粗大的晶须, 在较优的工艺条件下, α-半水硫酸钙晶须产率可达71.6%, 晶须表面光滑, 长径比为70。

以脱硫石膏为原料通过水热合成法制备硫酸钙晶须, 借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、热重分析仪等测试手段进行分析, 研究了酸化预处理、料浆浓度以及反应温度对制备硫酸钙晶须的影响。结果表明: 酸化预处理可以有效去除原料中的CaCO3杂质; 随着料浆浓度和反应温度的增加, 晶须长径比均呈现先增大后减小的趋势; 当料浆浓度为3%(质量分数), pH值为6.5, 反应温度为120 ℃, 反应时间为2 h时, 取得的硫酸钙晶须最佳平均长度为161.2 μm, 最佳平均长径比为46.06。

以固体废弃物磷石膏为原料，在传统常压醇水热法的基础上添加CaSO4·2H2O为晶种制备半水硫酸钙晶须。采用单因素试验法探究了晶种含量、丙三醇含量和磷石膏质量分数对晶须结构和形貌的影响，确定晶须的最佳制备工艺条件。采用SEM和XRD对样品进行表征分析，实验结果表明:添加CaSO4·2H2O晶种制备晶须的长径比(49.29)比只添加丙三醇的样品的长径比(30.99)提高了近60%；当丙三醇与水的体积比(V)为1、晶种含量为1%、磷石膏质量分数为5%时制备的晶须的平均直径为0.65 μm，长径比达到了62.15，晶须的尺寸均匀。这说明添加1%CaSO4·2H2O晶种、V为1的丙三醇和质量分数为5%的磷石膏在常压下能制备出高长径比和尺寸均匀的半水硫酸钙晶须。

采用油酸钠改性无水硫酸钙晶须(AW)，既可以增强无水硫酸钙晶须的疏水性，又可以在晶须表面引入-C=C-增加其功能性。利用晶须在甲基丙烯酸甲酯(MMA)的分散性能探究油酸钠加量、时间、改性温度等因素对改性效果的影响；采用XRD、XPS和DRIFTS探索晶须的吸附及改性机理、Washburn法测定晶须的疏水性能。结果表明随油酸钠用量的增加，分散性能先变好后变差，油酸钠与晶须质量比为1∶100时，沉降高度和沉降速度由油酸钠与晶须质量比为1∶200时的3.1 cm和0.31 cm/min大幅增加到10.6 cm和1.06 cm/min；分散性能开始出现突变时的油酸钠用量随温度升高而增加；DRIFTS表明油酸钠中的油酸根离子主要以物理吸附和化学吸附的方式与钙离子结合存在于晶须表面，其特征吸收峰分别是1 577 cm-1和1 540 cm-1的双峰和1 547 cm-1的单峰；改性后的晶须疏水性较改性前大幅增加，与水的接触角从改性前的0.04°增加到改性后的77.35°。

本文以电石渣为原料, 在稀硫酸溶液中制备硫酸钙晶须。在常规水热法最佳制备条件的基础上, 不添加表面活性剂, 利用微波反应器强化硫酸钙晶须结 晶过程。分析了微波反应时间, 微波辐射能量对结晶产物的影响。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对制备的产物进行表征。结果表明, 电石渣与稀硫酸溶 液在微波强化的条件下反应10 min, 微波辐射能量400 W时, 制备的硫酸钙晶须形貌尺寸均一, 晶须平均直径为2.2 μm, 平均长径比70。在此基础上, 进一步 分析了微波效应与硫酸钙晶须的生长机理。