一種鳥窩狀單分散氧化鎂的製備方法
2023-06-01 00:11:21
專利名稱：一種鳥窩狀單分散氧化鎂的製備方法
技術領域：
本發明涉及氧化鎂的製備，具體地說是一種鳥窩狀單分散氧化鎂的製備方法。
背景技術：
氧化鎂是一種應用最為廣泛的陶瓷材料，同時也已用於催化材料、難融材料、油漆、超導體、有毒廢氣物的處理等多種領域。現今，用於製備氧化鎂的方法主要有化學蒸氣沉積法、溶膠-凝膠法、噴霧-高溫分解法、鹽分解法。雖然用這些方法可以得到粒徑均一、形貌可控氧化鎂，但是其需要用到價格昂貴、毒性較強的有機金屬化合物作為前驅體、或者操作步驟煩瑣。為此，現今急需發展一種簡單的製備形貌可控氧化鎂的方法。
共沉澱法是現今公認的一種製備無機材料的傳統方法，Choudhary等人利用這種方法在氧化鎂的製備方面作了大量的研究工作。但是他們通過對不同的鎂鹽、沉澱劑、沉澱條件(溶液的濃度、PH、混合方式和反應的溫度)、陳化時間和焙燒溫度所得氧化鎂的考察，發現利用這種方法所得氧化鎂形貌難以控制、比表面積小，粒徑分布不均一。這些問題的存在，直接影響著氧化鎂的生產和應用。
發明內容
為了避免以上技術存在的不足之處，本發明的目的是提供一種原料成本低、方法簡單的鳥窩狀單分散氧化鎂的製備方法，其由鎂鹽和碳酸鹽通過共沉澱法製備的氧化鎂粒徑分布均一、形貌可控。
為解決上述問題，本發明採用的技術方案為一種鳥窩狀單分散氧化鎂的製備方法，在120～140℃的加熱體系下，在水溶液體系中，以可溶性鎂鹽和可溶性碳酸鹽為原料，通過鎂離子與碳酸根離子的共沉澱反應生成鹼式碳酸鎂，再經過高溫焙燒(即高溫分解的方式)得到鳥窩狀的單分散氧化鎂。
所述水溶液體系可採用油浴加熱；鎂鹽可以為氯化鎂、硫酸鎂和/或硝酸鎂等；碳酸鹽可以為碳酸鉀和/或碳酸鈉等；鎂鹽和碳酸鹽的摩爾比最好為2∶1；反應時間可以為0.5～4小時；溶液的反應溫度最好為70～100℃；上述獲得的鹼式碳酸鎂可採用簡單過濾分離的方法從反應體系中分離出來。
具體操作過程為在硝酸鎂、氯化鎂或硫酸鎂溶液中，加入碳酸鉀或碳酸鈉溶液，攪拌均勻，在120～140℃的油浴中陳化所得固體產品用無水乙醇洗滌，乾燥後再通過焙燒的方式得到鳥窩狀的氧化鎂。
較佳的操作過程為在加熱硝酸鹽溶液中，加入加熱的碳酸鉀或碳酸鈉溶液，攪拌均勻，在120～140℃的油浴中陳化所得固體產品用無水乙醇洗滌，乾燥後再通過焙燒的方式得到鳥窩狀的氧化鎂。
所述焙燒溫度可以為300-1200℃，通常為550-600℃。
本發明具有如下優點1.方法簡單，操作容易，原料成本低。本發明以鎂鹽和碳酸鹽在油浴加熱的水溶液體系裡通過共沉澱反應合成鹼式碳酸鎂，再通過高溫焙燒的方法得到鳥窩狀的單分散氧化鎂。與已有技術和方法相比，本發明的有效成果體現在反應原料易得、操作簡單、反應時間短。
2.所得氧化鎂粒徑分布均一、形貌可控。本發明通過簡單的共沉澱法、加熱水溶液體系下即可對氧化鎂的形貌加以控制。經掃描電微鏡、X-射線衍射等分析儀器的分析表明，由金屬鹽在過熱水溶液體系中通過共沉澱反應生成的鹼式碳酸鎂再經高溫焙燒所得鳥窩狀的氧化鎂，粒徑分布均一、形貌可控。其反應如下
圖1為本發明由鎂鹽和碳酸鹽在熱水溶液體系中通過共沉澱反應生成鹼式碳酸鎂的X-射線衍射圖；圖2為本發明由鎂鹽和碳酸鹽在熱水溶液體系中通過共沉澱反應生成鹼式碳酸鎂在高溫焙燒的條件下生成氧化鎂的掃描電鏡圖；圖3為本發明由鎂鹽和碳酸鹽在熱水溶液體系中通過共沉澱反應生成鹼式碳酸鎂的X-射線衍射；圖4為本發明由鎂鹽和碳酸鹽在熱水溶液體系中通過共沉澱反應生成鹼式碳酸鎂在高溫焙燒的條件下生成氧化鎂的掃描電鏡圖；圖5為本發明由鎂鹽和碳酸鹽在不同溫度的溶液體系下通過共沉澱反應生成鹼式碳酸鎂再經高溫焙燒生成氧化鎂的掃描電鏡圖；圖6為本發明由不同濃度的鎂鹽和碳酸鹽在過熱水溶液體系通過共沉澱反應生成鹼式碳酸鎂在高溫焙燒的條件下生成氧化鎂的掃描電鏡圖。
具體實施例方式
實施例1稱取16g硝酸鎂於250ml的燒杯中，加入60～150ml的二次去離子水，具體可以為90ml，將其轉入500ml的三頸圓底燒瓶；再稱取9g碳酸鉀於250ml的燒杯中，加入120～300ml的二次去離子水，具體可以為180ml；分別將硝酸鎂和碳酸鉀溶液加熱至100℃，再將碳酸鉀迅速加入到油浴加熱的硝酸鎂溶液中，迅速攪拌均勻，陳化0.5小時，過濾，烘乾；所得產品的X-射線衍射圖譜和掃描電鏡圖如圖1和圖2所示。由圖可看出，該產品為粒徑分布均一，形貌可控的鳥窩狀鹼式碳酸鎂，Mg5(CO3)4(OH)2(H2O)4.
實施例2
稱取16g硝酸鎂於250ml的燒杯中，加入60～150ml的二次去離子水，具體可以為90ml，將其轉入500ml的三頸圓底燒瓶；再稱取9g碳酸鉀於250ml的燒杯中，加入120～300ml的二次去離子水，具體可以為180ml；分別將硝酸鎂和碳酸鉀溶液加熱至80℃，再將碳酸鉀迅速加入到油浴加熱的硝酸鎂溶液中，迅速攪拌均勻，陳化1小時，過濾，烘乾，再通過高溫550℃焙燒；所得產品的X-射線衍射圖譜和掃描電鏡圖如圖3和圖4所示。由圖可看出，該產品為粒徑分布均一，形貌可控的鳥窩狀的MgO.
實施例3稱取16g硝酸鎂於250ml的燒杯中，加入60～150ml的二次去離子水，具體可以為90ml，將其轉入500ml的三頸圓底燒瓶；再稱取9g碳酸鉀於250ml的燒杯中，加入120～300ml的二次去離子水，具體可以為180ml；(a)將碳酸鉀迅速加入到油浴加熱的硝酸鎂溶液中，劇烈攪拌，陳化2小時，過濾，烘乾，再通過高溫600℃焙燒；所得產品掃描電鏡圖如圖5a所示。由圖可看出，該產品粒徑較小。
(b)將硝酸鎂溶液加熱至90℃，將碳酸鉀迅速加入到油浴加熱的硝酸鎂溶液中，迅速攪拌均勻，陳化3小時，過濾，烘乾，再通過高溫700℃焙燒；所得產品掃描電鏡圖如圖5b所示。由圖可看出，該產品粒徑分布較寬，形貌難以控制。
(c)將碳酸鉀溶液加熱至100℃，將碳酸鉀迅速加入到油浴加熱的100℃硝酸鎂溶液中，迅速攪拌均勻，陳化4小時，過濾，烘乾，再通過高溫800℃焙燒；所得產品掃描電鏡圖如圖5c所示。由圖可看出，該產品粒徑分布較為均一，形貌基本可以控制。
實施例4(a)稱取1g硝酸鎂於250ml的燒杯中，加入60～150ml的二次去離子水，具體可以為90ml，將其轉入500ml的三頸圓底燒瓶；再稱取0.5g碳酸鉀於250ml的燒杯中，加入120～300ml的二次去離子水，具體可以為180ml；分別將硝酸鎂和碳酸鉀溶液加熱至95℃，再將碳酸鉀迅速加入到油浴加熱的硝酸鎂溶液中，迅速攪拌均勻，陳化2小時，過濾，烘乾，再通過高溫1200℃焙燒；所得產品的掃描電鏡圖如圖6a所示。由圖可看出，該產品為粒徑較大，形貌為球形.
(b)稱取16g硝酸鎂於250ml的燒杯中，加入60～150ml的二次去離子水，具體可以為90ml，將其轉入500ml的三頸圓底燒瓶；再稱取9g碳酸鉀於250ml的燒杯中，加入120～300ml的二次去離子水，具體可以為180ml；分別將硝酸鎂和碳酸鉀溶液加熱至85℃，再將碳酸鉀迅速加入到油浴加熱的硝酸鎂溶液中，迅速攪拌均勻，陳化3小時，過濾，烘乾，再通過高溫300℃焙燒；所得產品的掃描電鏡圖如圖6a所示。由圖可看出，該產品為粒徑分布均一，形貌可控的鳥窩狀的MgO.
(c)稱取30g硝酸鎂於250ml的燒杯中，加入60～150ml的二次去離子水，具體可以為90ml，將其轉入500ml的三頸圓底燒瓶；再稱取15g碳酸鉀於250ml的燒杯中，加入120～300ml的二次去離子水，具體可以為180ml；分別將硝酸鎂和碳酸鉀溶液加熱至75℃，再將碳酸鉀迅速加入到油浴加熱的硝酸鎂溶液中，迅速攪拌均勻，陳化2.5小時，過濾，烘乾，再通過高溫550℃焙燒；所得產品的掃描電鏡圖如圖6c所示。由圖可看出，該產品為粒徑分布較為均一，形貌可控的鳥窩狀的MgO.
(d)稱取65g硝酸鎂於250ml的燒杯中，加入60～150ml的二次去離子水，具體可以為90ml，再將其轉入500ml的三頸圓底燒瓶；再稱取35g碳酸鉀於250ml的燒杯中，加入120～300ml的二次去離子水，具體可以為180ml；分別將硝酸鎂和碳酸鉀溶液加熱至70℃，再將碳酸鉀迅速加入到油浴加熱的硝酸鎂溶液中，迅速攪拌均勻，陳化3.5小時，過濾，烘乾，再通過高溫600℃焙燒；所得產品的掃描電鏡圖如圖6d所示。由圖可看出，該產品MgO為粒徑分布不均一，形貌難控。
實施例5稱取16g硝酸鎂於250ml的燒杯中，加入60～150ml的二次去離子水，具體可以為90ml，將其轉入500ml的三頸圓底燒瓶；再稱取9g碳酸鉀於250ml的燒杯中，加入120～300ml的二次去離子水，具體可以為180ml；分別將硝酸鎂和碳酸鉀溶液加熱至95℃，再將碳酸鉀迅速加入到油浴加熱的硝酸鎂溶液中，迅速攪拌均勻，陳化1.5小時，過濾，烘乾，再通過高溫焙燒即可得到粒徑分布均一，形貌可控的鳥窩狀的MgO.
實施例6稱取16g硝酸鎂於250ml的燒杯中，加入60～150ml的二次去離子水，具體可以為90ml，將其轉入500ml的三頸圓底燒瓶；再稱取9g碳酸鉀於250ml的燒杯中，加入120～300ml的二次去離子水，具體可以為180ml；分別將硝酸鎂和碳酸鉀溶液加熱至95℃，在劇烈攪拌下將碳酸鉀迅速加入到油浴加熱的硝酸鎂溶液中，加完後再繼續攪拌1分鐘，接著混合樣品陳化3小時，過濾，烘乾，再通過高溫焙燒即可得到粒徑分布均一，形貌可控的鳥窩狀的MgO.
實施例7稱取16g硝酸鎂於250ml的燒杯中，加入60～150ml的二次去離子水，具體可以為90ml，將其轉入500ml的三頸圓底燒瓶；再稱取9g碳酸鉀於250ml的燒杯中，加入120～300ml的二次去離子水，具體可以為180ml；分別將硝酸鎂和碳酸鉀溶液加熱至95℃，再將碳酸鉀迅速加入到油浴加熱的硝酸鎂溶液中，迅速攪拌均勻，陳化2小時，過濾，烘乾，再通過高溫焙燒即可得到粒徑分布均一，形貌可控的鳥窩狀的MgO.
實施例8稱取7g硫酸鎂於250ml的燒杯中，加入60ml的二次去離子水，具體可以為90ml，將其轉入500ml的三頸圓底燒瓶；再稱取9g碳酸鉀於250ml的燒杯中，加入120～300ml的二次去離子水，具體可以為180ml；分別將硫酸鎂和碳酸鉀溶液加熱至100℃，再將碳酸鉀迅速加入到油浴加熱的硝酸鎂溶液中，迅速攪拌均勻，陳化3小時，過濾，烘乾，再通過高溫焙燒即可得到粒徑分布均一，形貌可控的鳥窩狀的MgO.
實施例9稱取7g硫酸鎂於250ml的燒杯中，加入60～150ml的二次去離子水，具體可以為90ml，將其轉入500ml的三頸圓底燒瓶；再稱取6.5g碳酸鈉於250ml的燒杯中，加入120～300ml的二次去離子水，具體可以為180ml；分別將硫酸鎂和碳酸鈉溶液加熱至100℃，再將碳酸鉀迅速加入到油浴加熱的硝酸鎂溶液中，迅速攪拌均勻，陳化1小時，過濾，烘乾，再通過高溫焙燒即可得到粒徑分布均一，形貌可控的鳥窩狀的MgO.
權利要求
1.一種鳥窩狀單分散氧化鎂的製備方法，其特徵在於在120～140℃加熱體系下，在水溶液體系中，以可溶性鎂鹽和可溶性碳酸鹽為原料，通過共沉澱反應生成鹼式碳酸鎂，再經過高溫焙燒得到鳥窩狀的單分散氧化鎂。
2.按照權利要求1所述鳥窩狀單分散氧化鎂的製備方法，其特徵在於所述水溶液體系採用油浴加熱；所述鎂鹽為氯化鎂、硫酸鎂和/或硝酸鎂；碳酸鹽為碳酸鉀和/或碳酸鈉。
3.按照權利要求1或2所述鳥窩狀單分散氧化鎂的製備方法，其特徵在於所述鎂鹽和碳酸鹽的摩爾比為2∶1；反應時間為0.5～4小時；溶液的反應溫度為70～100℃。
4.按照權利要求2所述鳥窩狀單分散氧化鎂的製備方法，其特徵在於是在硝酸鎂、氯化鎂或硫酸鎂溶液中，加入碳酸鉀或碳酸鈉溶液，攪拌均勻，在120～140℃的油浴中陳化所得固體產品用無水乙醇洗滌，乾燥後再通過焙燒的方式得到鳥窩狀的氧化鎂。
5.按照權利要求1所述鳥窩狀單分散氧化鎂的製備方法，其特徵在於所述鹼式碳酸鎂可採用簡單過濾分離的方法從反應體系中分離出來。
6.按照權利要求1所述鳥窩狀單分散氧化鎂的製備方法，其特徵在於在加熱硝酸鹽溶液中，加入加熱的碳酸鉀或碳酸鈉溶液，攪拌均勻，在120～140℃的油浴中陳化所得固體產品用無水乙醇洗滌，乾燥後再通過焙燒的方式得到鳥窩狀的氧化鎂。
7.按照權利要求1所述鳥窩狀單分散氧化鎂的製備方法，其特徵在於所述焙燒溫度為300-1200℃。
8.按照權利要求1所述鳥窩狀單分散氧化鎂的製備方法，其特徵在於所述焙燒溫度為550-600℃。
全文摘要
本發明涉及氧化鎂的製備，具體地說是一種鳥窩狀單分散氧化鎂的製備方法，在120～140℃加熱體系下，在水溶液體系中，以可溶性鎂鹽和可溶性碳酸鹽為原料，通過共沉澱反應生成鹼式碳酸鎂，再經過高溫焙燒得到鳥窩狀的單分散氧化鎂。本發明操作簡單，原料易得，所得產物粒徑均一、形貌易控。
文檔編號C01F5/06GK1935655SQ20051004725
公開日2007年3月28日 申請日期2005年9月20日 優先權日2005年9月20日
發明者陳吉平, 張智平, 張世剛, 倪餘文, 劉中民, 梁鑫淼 申請人:中國科學院大連化學物理研究所