硬脂酸钠调控水镁石原位合成疏水无水碳酸镁(AMC)的机理与工艺优化

为解决低品位菱镁矿资源浪费及传统改性工艺复杂的问题，研究人员采用硬脂酸钠(C17 H35 COONa)为改性剂，通过一步水热法原位合成疏水无水碳酸镁(AMC)。系统探究了固液比、pH、温度等参数对AMC形貌及疏水性的影响，结合FT-IR和DFT计算揭示了羧基氧与Mg2+ 配位的化学吸附机制，获得接触角达121.6°的立方AMC，为高值化利用菱镁矿提供了简捷可控的新策略。

　　

全球菱镁矿储量丰富，但中国每年2200万吨产量中90%用于低附加值耐火材料，造成资源严重浪费。无水碳酸镁(AMC)因其高温稳定性(分解起始300°C)和卓越阻燃性能成为高值化利用的关键——热解释放的CO₂
(52.2 wt%)可稀释氧气浓度，864 J/g的吸热能力更能抑制可燃物裂解。然而，亲水性AMC与疏水聚合物基体的界面相容性差，传统改性工艺又需多步处理，制约其工业化应用。

辽宁某研究团队创新性地提出以硬脂酸钠为原位改性剂，通过水热法一步制备疏水AMC。研究采用XRD、SEM、FT-IR、TOC和DFT计算等手段，系统考察了反应条件对产物性能的影响。实验所用菱镁矿来自辽宁宽甸，纯度94.94%，经800-900°C煅烧活化后制备水镁石前驱体。

可控合成前驱体
XRD证实前驱体为水镁石(MgCO₃
·3H₂
O)，TGA显示其分两阶段失重：32.08%对应结晶水脱除，19.71%为CO₂
释放。

疏水AMC的优化制备
在180°C、pH 10.5、固液比1:10、1%硬脂酸钠条件下反应12小时，获得立方AMC颗粒，接触角达121.6°。FT-IR证实硬脂酸根阴离子通过羧基氧与Mg²⁺
配位形成化学吸附层，DFT计算显示该吸附能(-1.94 eV)显著高于物理吸附(-0.24 eV)，说明表面改性本质为化学过程。

机理探讨
硬脂酸钠的加入不仅调控表面润湿性，还通过竞争配位抑制AMC相变。XPS显示改性后AMC表面Mg-O-C键形成，TOC分析证实有机层覆盖率与接触角正相关。

该研究突破传统多步改性局限，通过"结晶-功能化"同步策略实现疏水AMC的一步制备。所获材料在聚合物复合材料中展现出优异界面相容性，为菱镁矿高值化利用提供了兼具科学深度与工业可行性的解决方案。研究结果发表于《Materials Chemistry and Physics》，得到国家自然科学基金(52374271)和辽宁省"兴辽英才"计划(XLYC2403010)等项目的支持。