一種製備納米氧化鎂的新方法
2023-06-01 00:17:56
專利名稱：一種製備納米氧化鎂的新方法
技術領域：
本發明涉及納米材料的製備技術，特別是製備納米氧化鎂粉體的新方法，屬於 無機化工及納米材料技術領域。
背景技術：
納米氧化鎂是隨著納米材料技術的發展而誕生的一種新型功能精細無機材料， 其粒徑介於1 100nm，廣泛應用於高級陶瓷、電器絕緣、阻燃、化妝品、香粉、油漆、橡膠 填充劑、酸性氣體吸附劑、催化劑載體等領域，有著廣闊的應用前景和巨大的經濟潛力。
納米氧化鎂的合成有氣相法、固相法、液相沉澱法。氣相法對設備及技術要求高且能耗 大、汙染環境；固相法則難以製備粒徑小於lOOnm的產品且對設備要求高；液相沉澱法操作 簡單，原料易得，產率大，是一種易於工業化的合成方法。但是液相沉澱法是在含有一種或 多種離子的可溶性鹽溶液中加入沉澱劑，在一定條件下生成沉澱從母液中析出，在技術上除 雜困難，在工藝流程上有生產流程較長、能耗高，在產品質量上有產品粒度大且分布不均勻， 製備中難以控制形狀等缺點。
中國專利CN 1539774A，以菱鎂礦輕燒粉為原料，採用攪拌磨強化傳質的手段，在10 4(TC下實現輕燒氧化鎂碳化，碳化時間為1 5小時，將碳化液過濾得到碳酸氫鎂溶液，在 80 10(TC熱解，形成沉澱，經過濾、乾燥、煅燒製得納米氧化鎂，其平均粒徑為15 50nm， 產品純度為98.7%。
中國專利CN 1597520A，將尿素和鎂鹽按摩爾比為2 : 1 6 : 1配製成鎂離子濃度為l 4mol/L的水溶液，同時加入量為鎂鹽質量1 5%的分散劑，水浴加熱至348 373K，反應2 6h後陳化、抽濾，用無水乙醇洗滌並用超臨界二氧化碳乾燥後，在623 923K下煅燒製得納 米氧化鎂粉體。該方法很好地解決了沉澱反應及乾燥過程粒子團聚體的產生，產品單分散性 好，比表面積大，其產品的前驅體為氫氧化鎂。
本發明就是為了解決液相沉澱法工藝流程複雜、能耗高、顆粒粒徑大、粒度分布不均勻、 形狀難以控制等缺點而提出的一種全新的、可以大大縮短工藝流程、減少粒子團聚機會、沉 澱轉化和乳化一步完成的新的生產工藝
發明內容
該工藝以輕燒氧化鎂和工業用碳酸銨(或碳酸氫銨)為原料，在活性劑的作用 下，氧化鎂和碳酸銨(或碳酸氫銨)直接反應，轉化反應以活性劑為微乳反應器，即在有機 溶劑保護下進行轉化反應，製備出納米氧化鎂的前驅體。再將其真空恆溫乾燥，並在高溫下 煅燒，製得納米氧化鎂。其具體步驟描述如下
(1)、將輕燒氧化鎂磨細，使其粒度達到0. 075mm以下，同時配製好濃度為0. 05 2. Omol/L 碳酸銨(或碳酸氫銨)溶液備用。
(2) 、將與氧化鎂摩爾比為0.5 : 1 2 : 1碳酸銨(或碳酸氫銨)溶液加入反應器中，滴 加活性劑，其量為溶液總質量的0.1%。 10%。，經超聲分散l 10min後，在一定的攪拌速率 下加入輕燒氧化鎂粉進行反應,迅速升溫至50 100°C,其溫升速率控制在5 1(TC/min。
(3) 、當反應體系溫度達到50 100°C，在此溫度下繼續反應0. 5 2h，得到鹼式碳酸鎂 乳液。同時，將蒸出的氨用水吸收，與煅燒鹼式碳酸鎂收集的二氧化碳反應生成碳酸銨(或 碳酸氫鈸)作為原料備用。
(4) 、將所得的鹼式碳酸鎂乳液真空抽濾，濾液主要是碳酸銨和碳酸氫銨溶液，可作為原 料循環利用；濾餅用去離子水洗滌2 3次後，再用無水乙醇洗滌1 2次，於60 100。C真 空乾燥(真空度為0.02Pa) 1 4h,得到納米氧化鎂前驅體。
(5) 、將製得的前驅體在500 80CTC下煅燒1 3h製得納米氧化鎂產品。
其中，所述氧化鎂為菱鎂礦煅燒所得(或輕質氧化鎂)，其質量百分含量》95%。 所述活性劑為聚醇類活性劑，例如PEG、 PEG400、 PEG600等；或有機銨鹽類活性劑， 例如甲基甲醯胺、甲基乙醯胺等；或脂肪醇醚硫酸鹽；或其復配物，其質量比為(0. 1 2. 1)
:1 : (0 1.5)。
所述碳酸銨(或碳酸氫銨)溶液濃度為0.05 2mol/L; 所述的攪拌速率為1000 5000r/min，根據所需產品粒徑調整轉速。 與現有技術相比，本發明有如下優點-A製得的納米氧化鎂團聚程度小，粒徑分布均勻，平均粒徑為20nm 50nm,比表面積 大且質量穩定；
B採用直接轉化法，工藝簡單且流程短，易於實現工業化生產；
C反應條件溫和，對設備的要求低，產率》95%;
D製備過程物料實現閉路循環，無廢液廢氣產生，屬於綠色製備過程。
E本發明方法既可生產納米氧化鎂，又可生產納米鹼式碳酸鎂。
圖1是本發明的工藝流程圖。
具體實施方式
以下是本發明的實施示例。 實施例1
(1) 、在150ml 0.8mol/l的碳酸銨水溶液中加入0.03g甲基乙醯胺，超聲分散3min後轉移 到250ml的三口燒瓶，同時加入1.5§氧化鎂，啟動攪拌機(速率為1200 r/min)，水浴加熱到 6(TC，反應1.5h，自然冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌3次，再用無水乙醇洗滌3 次，以保證水被完全置換。
(2) 、將(1)得到的產物放入真空乾燥箱中(真空度為0.02Pa)，在8(TC下真空乾燥2h。(3)、乾燥後的樣品在60(TC下煅燒2h，得到平均粒徑為30nm的氧化鎂粉體。 實施例2
(1) 、在150ml 0.8mol/l的碳酸銨水溶液中加入0.04g脂肪醇醚硫酸鹽，超聲分散3min後 轉移到250ml的三口燒瓶，同時加入1.3g氧化鎂，啟動攪拌機(速率為1200 r/min)，水浴加 熱到6(TC，反應l,5h，自然冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌3次，再用無水乙醇洗 滌3次，以保證水被完全置換。
(2) 、將(1)得到的產物放入真空乾燥箱中(真空度為0.02Pa)，在8(TC下真空乾燥2h。
(3) 、乾燥後的樣品在55(TC下煅燒2h，經透射電鏡及比表面積測量，得到氧化鎂粉體平
均粒徑為26nm，比表面積為164. 44m7g。 實施例3
(1) 、在150ml 1.5mol/l的碳酸氫銨水溶液中加入0. 20g PEG400，超聲分散3min後轉移到 250ml的三口燒瓶，同時加入1.8g氧化鎂，啟動攪拌機(轉子轉速為1200 r/min)，水浴加熱 到9(TC,反應1.5h，自然冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌3次，再用無水乙醇洗滌 3次，以保證水被完全置換。
(2) 、將(1)得到的產物放入真空乾燥箱中(真空度為0.02Pa)，在80。C下真空乾燥2h。
(3) 、乾燥後的樣品在60(TC下煅燒2h，經透射電鏡測量，得到的氧化鎂粉體平均粒徑為 20nm。
權利要求
1、一種直接轉化法製備納米氧化鎂的工藝方法，其特徵在於，以氧化鎂和碳酸銨(碳酸氫銨)為原料，在活性劑作用下，氧化鎂和碳酸銨(碳酸氫銨)反應直接轉化為納米氧化鎂的前驅體，經真空乾燥、高溫煅燒，製得納米氧化鎂。
2、 根據權利要求l所述的直接轉化法製備納米氧化鎂的工藝方法，其特徵在於，轉化反 應時沉澱轉化劑為碳酸銨(碳酸氫銨)。
3、 根據權利要求1所述的直接轉化法製備納米氧化鎂的工藝方法，其特徵在於，氧化鎂 和碳酸鈸(碳酸氫銨)的摩爾比為1 : 0.5 1 : 2。
4、 根據權利要求1所述的直接轉化法製備納米氧化鎂的工藝方法，其特徵在於，所述活 性劑為聚醇類活性劑，例如PEG、 PEG400、 PEG600等；或有機胺鹽類活性劑，例如甲基甲 醯胺、甲基乙醯胺等；或脂肪醇醚硫酸鹽；或三類活性劑的復配物，其質量比為(0. 1 2. 1):1 : (0 1.5)。所用活性劑量為反應體系溶液總質量的O. 1%。 10%。。
5、 根據權利要求1所述的直接轉化法製備納米氧化鎂的工藝方法，其特徵在於，碳酸銨 (碳酸氫銨)溶液的濃度應為0.05 2mol/L，轉化反應溫度為50 100°C 。
6、 根據權利要求1所述的直接轉化法製備納米氧化鎂的工藝方法，其特徵在於，轉化反 應時放出的氨用水吸收，與煅燒鹼式碳酸鎂收集的二氧化碳反應生成碳酸釹(或碳酸氫銨) 作為原料備用。
7、 根據權利要求1所述的直接轉化法製備納米氧化鎂的工藝方法，其特徵在於前驅體 母液為碳酸銨和碳酸氫銨的混合物，可作為原料循環利用。
8、 根據權利要求1所述的直接轉化法製備納米氧化鎂的工藝方法，其特徵在於前驅體 乾燥方法為真空乾燥(真空度為0.02Pa)，千燥溫度為60 10(TC，千燥時間為1 4h。
9、 根據權利要求1所述的直接轉化法製備納米氧化鎂的工藝方法，其特徵在於前驅體 煅燒溫度為500 800°C，煅燒時間為l 3h，其溫升速率為15 l0°C/min。
全文摘要
一種製備納米氧化鎂的新方法。本發明涉及納米材料的製備技術，特別是製備納米氧化鎂粉體的新方法，屬於無機化工及納米材料技術領域。本發明以氧化鎂為原料，用碳酸銨或碳酸氫銨將其直接轉化為納米氧化鎂的前驅體，轉化反應以活性劑為微乳反應器，即在有機溶劑保護下進行轉化反應。轉化反應時放出的氨，用水吸收，與煅燒鹼式碳酸鎂收集的二氧化碳反應生成碳酸銨(或碳酸氫銨)作為原料備用，同時前驅體沉澱母液為碳酸銨和碳酸氫銨的混合物，可循環利用。將製得的前驅體真空乾燥，高溫煅燒製得納米氧化鎂。所製得的納米氧化鎂團聚程度小，粒子分布均勻，平均粒徑小(≤30nm)，比表面積大(≥150m2/g)，而且原料便宜易得，工藝簡單且流程短，操作方便，易於實現工業化生產。
文檔編號B82B3/00GK101353176SQ20071013752
公開日2009年1月28日 申請日期2007年7月26日 優先權日2007年7月26日
發明者侯翠紅, 張保林, 王光龍, 珂 許, 陳可可 申請人:鄭州大學