一種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法

2023-05-22 11:10:56

專利名稱：一種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法
技術領域：
本發明涉及一種納米級鹼式氯化鎂及其製備方法，尤其涉及一種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法。
背景技術：
鹼式氯化鎂是一種重要的鎂鹽化合物，也是氯氧鎂水泥中的主要水化產物，其化學結構簡式可表示為 M^i(OH)yClz · mH2(K2x-y-z = 0，0 彡 m彡 6)。在 MgO-MgCl2-H2O 體系中，常溫下的水化產物為Mg2 (OH) 3C1 · 4H20 (F3相)和Mg3 (OH) 5C1 · 4H20 (F5相)，當溫度高於 IOO0C 時，其水化產物為 Mgltl(OH)18Cl2 · 5H20(F9 相)和 Mg3 (OH)4Cl2 · 4H20(F2 相)。鹼式氯化鎂一般為白色粉狀物(微觀形貌一般為晶須狀)，晶須狀的鹼式氯化鎂是一種適用於造紙、塑料和橡膠等多種領域的補強增韌材料；經過處理後它還具有優良的阻燃、防火性能，是一種優良的環保型材料。專利ZL200510047355. 7、CN101264905A、CN101353815A 和 CN101812722A 介紹了利用不同的原料和合成方法製備鹼式氯化鎂晶須的技術方案；近期文獻(陳雪剛等，材料導報，2009,23 ) :52 55;閆平科等，中國非金屬導刊，2010，(4) :19 20)也對鹼式氯化鎂晶須的製備方法及其用途進行了詳細的綜述。專利CN101381890A和美國學者 P. Jeevanandam等(Chem. Mater. 2007，19 (22)，5395 540 通過改變氯化鎂水溶液的濃度等條件，可合成出不同長徑比的鹼式氯化鎂晶須。但在合成鹼式氯化鎂時，若改變氯化鎂的濃度，則會降低其轉化率。而在氯氧鎂水泥中，水化產物的形貌除常見針杆(晶須)狀外， 還有與之共存的板塊狀和凝膠狀。目前還未見報導單獨合成出微觀形貌為板塊狀或凝膠狀的鹼式氯化鎂納米材料的文獻。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種工藝簡單、產品純度高的調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法。為解決上述問題，本發明所述的一種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法，包括以下步驟(1)將MgO-MgCl2-H2O三元體系與有機溶劑混合後，得到混合物；所述混合物中 MgO/MgCl2的物質的量比為3 10，H20/MgCl2的物質的量比為11 23，有機溶劑體積與 MgO質量的比為1 8ml/g;(2)所述混合物在10 100°C下攪拌反應anin Mh，得到凝膠；(3)所述凝膠靜置1 7天，經洗滌、於15 105°C下烘乾後，得到微觀形貌呈不同長徑比的晶須形貌或板塊狀形貌的鹼式氯化鎂納米材料。所述MgO-MgCl2-H2O三元體系與所述有機溶劑混合是指先將所述氯化鎂溶液與所述有機溶劑混合，再與氧化鎂混合；或先將所述氯化鎂溶液與所述氧化鎂混合，再加入所述有機溶劑混合。
用下述製備方法代替權利要求1中所述步驟⑴將由過量的氧化鎂和物質的量濃度為4. 7 9. lmol/L的鹽酸通過中和反應形成的MgO-MgCl2-H2O三元體系與有機溶劑混合後，得到混合物；所述混合物中MgO/MgCl2的物質的量比為3 10j20/MgCl2的物質的量比為11 23，有機溶劑體積與MgO質量的比為1 8ml/g。所述步驟(1)中的有機溶劑是指一元水溶性醇或多元水溶性醇或兩者混合而成的水溶性醇；所述一元水溶性醇為甲醇、無水乙醇、1-丙醇中的任意一種；所述多元水溶性醇為乙二醇、丙三醇中的任意一種。本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明利用有機溶劑作為分散劑和形貌調控劑，明顯影響了鹼式氯化鎂的微觀形貌。本發明製得的鹼式氯化鎂晶須經XRD分析和化學分析，其主要成分為 Mg2(OH)3Cl · 4H20(F3相)或Mg3 (OH)5Cl · 4H20(F5相)，產品純度在90%以上，原料氧化鎂和氯化鎂的利用率均在90%以上，氯化鎂的最大轉化率超過99% ；產品的形貌為晶須狀或板塊狀，晶須狀鹼式氯化鎂長徑比的調控範圍為20 200。2、本發明製得的不同微觀形貌的鹼式氯化鎂產品，外觀呈白色粉末狀，粒徑分布均勻，可作為塑料、造紙和橡膠等多種領域的補強增韌材料，也可用於製備片狀或特定長徑比的氫氧化鎂或氧化鎂納米材料。3、本發明在製備鹼式氯化鎂的過程中，操作溫度低、設備和工藝簡單、反應過程容易控制，僅通過更換有機溶劑的種類或用量即可獲得板塊狀或不同長徑比的晶須狀產品， 所以本發明工藝易於實現工業化生產。


下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。圖1為本發明實施例1所得的長為7.05 9. 85 μ m、直徑為0.05 0. 25 μ m的 F5相鹼式氯化鎂晶須產品的SEM照片(3000倍)。圖2為本發明實施例2所得的F5相鹼式氯化鎂晶須產品的XRD圖譜。圖3為本發明實施例2所得的長為9. 5 12. 5 μ m、直徑為0. 15 0. 55 μ m的F5 相鹼式氯化鎂晶須產品的SEM照片(1500倍)。圖4是板塊狀F3相鹼式氯化鎂產品的SEM照片(5000倍)。
具體實施例方式實施例1 一種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法，包括以下步驟(1)先將5. 5ml、濃度為3. 8mol/L的氯化鎂水溶液與IOml有機溶劑——無水乙醇混合後，再加入4g氧化鎂，混合後得到混合物。其中MgO/MgCl2的物質的量比為5 ;H20/MgCl2的物質的量比為13 ；有機溶劑體積與MgO質量的比為2. 5ml/g。(2)混合物在10°C下以SOOrmp的攪拌速度攪拌反應130min，得到凝膠。(3)凝膠密封靜置7天後，先用去離子水洗滌1次，再用無水乙醇洗滌至洗滌液中無Cl—，最後，洗淨的沉澱在15°C下烘乾，得到微觀形貌呈晶須形貌的鹼式氯化鎂納米材料。該鹼式氯化鎂納米材料經XRD分析結果顯示，產物的主要成分為F5相鹼式氯化鎂；低真空掃描電鏡分析結果顯示，鹼式氯化鎂晶須長為7. 05 9. 85 μ m，直徑為0. 05 0. 25 μ m，平均長徑比為56(圖1)。實施例2 —種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法，包括以下步驟(1)先將5. 5ml、濃度為3. 8mol/L的氯化鎂水溶液與4g氧化鎂混合後，再加入 30ml有機溶劑——無水乙醇，混合後得到混合物。其中MgO/MgCl2的物質的量比為5 ;H20/MgCl2的物質的量比為13 ；有機溶劑體積與MgO質量的比為7. 5ml/g。(2)混合物在25°C下以1500rmp的攪拌速度攪拌反應13h，得到凝膠。(3)凝膠密封靜置7天後，直接用無水乙醇洗滌至洗滌液中無Cl_，最後，洗淨的沉澱在40°C下烘乾，得到微觀形貌呈晶須形貌的鹼式氯化鎂納米材料。該鹼式氯化鎂納米材料經XRD分析結果顯示，產物的主要成分為F5相鹼式氯化鎂 (圖2)，且無其它雜質的衍射峰，產品純度大於95% ；低真空掃描電鏡分析結果顯示，鹼式氯化鎂晶須長為9. 5 12. 5 μ m，直徑為0. 15 0. 55 μ m，平均長徑比為31 (圖3)。實施例3 —種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法，包括以下步驟(1)先將5. 5ml、濃度為3. 8mol/L的氯化鎂水溶液與20ml有機溶劑——乙二醇混合後，再加入4g氧化鎂，混合後得到混合物。其中MgO/MgCl2的物質的量比為5 ;H20/MgCl2的物質的量比為13 ；有機溶劑體積與MgO質量的比為5ml/g。(2)混合物在30°C下以500rmp的攪拌速度攪拌反應池，得到凝膠。(3)凝膠密封靜置7天後，直接用無水乙醇洗滌至洗滌液中無Cl—，最後，洗淨的沉澱在60°C下烘乾，得到微觀形貌呈板塊狀形貌的鹼式氯化鎂納米材料。氯化鎂的轉化率大於 90%。該鹼式氯化鎂納米材料經XRD分析結果顯示，產物為F3相鹼式氯化鎂；低真空掃描電鏡分析結果顯示該產品為板塊狀鹼式氯化鎂，平均直徑約為0. 4μ m(圖4)。實施例4 一種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法，包括以下步驟(1)將由過量的氧化鎂Gg)和5. 5ml物質的量濃度為9. lmol/L的鹽酸通過中和反應形成的MgO-MgCl2-H2O三元體系與3ml有機溶劑——1_丙醇混合後，得到混合物。其中MgO/MgCl2的物質的量比為3，H20/MgCl2的物質的量比為11 ；有機溶劑體積與MgO-MgCl2-H2O三元體系中MgO質量的比為lml/g。(2)混合物在80°C下以IOOOrmp的攪拌速度攪拌反應lOmin，得到凝膠。(3)凝膠密封靜置1天後，直接用無水乙醇洗滌至洗滌液中無Cl_，最後，洗淨的沉澱在80°C下烘乾，得到微觀形貌呈晶須形貌的鹼式氯化鎂納米材料。該鹼式氯化鎂納米材料經XRD分析結果顯示，產物為F5相鹼式氯化鎂；低真空掃描電鏡分析結果顯示該產品為晶須狀鹼式氯化鎂。實施例5 —種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法，包括以下步驟(1)將由過量的氧化鎂(4. 4g)和42. 4ml物質的量濃度為4. 7mol/L的鹽酸通過中和反應形成的MgO-MgCl2-H2O三元體系與細1混合有機溶劑——甲醇和丙三醇混合物(其中體積分數為甲醇為95%，丙三醇為5% )混合後，得到混合物。其中MgO/MgCl2的物質的量比為10，&0/MgCl2的物質的量比為23 ；有機溶劑體積與MgO-MgCl2-H2O三元體系中MgO質量的比為lml/g。(2)混合物在25°C下以IOOOrmp的攪拌速度攪拌反應6h，得到凝膠。(3)凝膠密封靜置4天後，直接用無水乙醇洗滌至洗滌液中無Cl—，最後，洗淨的沉澱在60°C下烘乾，得到微觀形貌呈晶須形貌的鹼式氯化鎂納米材料。該鹼式氯化鎂納米材料經XRD分析結果顯示，產物為F3相鹼式氯化鎂；低真空掃描電鏡分析結果顯示該產品為晶須狀鹼式氯化鎂。實施例6 —種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法，包括以下步驟(1)先將5. 5ml、3. 8mol/L的氯化鎂水溶液與20ml混合有機溶劑——無水乙醇和乙二醇混合物(體積分數各為50% )混合後，再加入4g氧化鎂，混合後得到混合物。其中MgO/MgCl2的物質的量比為5 ;H20/MgCl2的物質的量比為13 ；有機溶劑體積與MgO質量的比為5ml/g。(2)混合物在25°C下以500rmp的攪拌速度攪拌反應Mh，得到凝膠。(3)凝膠密封靜置7天後，直接用無水乙醇洗滌至洗滌液中無Cl—，最後，洗淨的沉澱在90°C下烘乾，得到微觀形貌呈板塊狀的鹼式氯化鎂納米材料。該鹼式氯化鎂納米材料經XRD分析結果顯示，產物為F5相鹼式氯化鎂；低真空掃描電鏡分析結果顯示該產品為板塊狀鹼式氯化鎂。實施例7 —種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法，包括以下步驟(1)將由過量的氧化鎂(4. Sg)和5. 2ml物質的量濃度為7. 7mol/L的鹽酸通過中和反應形成的MgO-MgCl2-H2O三元體系與32ml有機溶劑——無水乙醇混合後，得到混合物。其中MgO/MgCl2的物質的量比為5，H20/MgCl2的物質的量比為13 ；有機溶劑體積與MgO-MgCl2-H2O三元體系中MgO質量的比為8ml/g。(2)混合物在25°C下以IOOOrmp的攪拌速度攪拌反應12h，得到凝膠。(3)凝膠密封靜置7天後，直接用無水乙醇洗滌至洗滌液中無Cl—，最後，洗淨的沉澱在60°C下烘乾，得到微觀形貌呈晶須形貌的鹼式氯化鎂納米材料。該鹼式氯化鎂納米材料經XRD分析結果顯示，產物為F5相鹼式氯化鎂；低真空掃描電鏡分析結果顯示該產品為晶須狀鹼式氯化鎂。應該理解，這裡討論的實施例和實施方案只是為了說明，對熟悉該領域的人可以提出各種改進和變化，這些改進和變化將包括在本申請的精神實質和範圍以及所附的權利要求範圍內。
權利要求
1.一種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法，包括以下步驟(1)將MgO-MgCl2-H2O三元體系與有機溶劑混合後，得到混合物；所述混合物中MgO/ MgCl2的物質的量比為3 10，&0/MgCl2的物質的量比為11 23，有機溶劑體積與MgO質量的比為1 anl/g;(2)所述混合物在10 100°C下攪拌反應aiiin Mh，得到凝膠；(3)所述凝膠靜置1 7天，經洗滌、於15 105°C下烘乾後，得到微觀形貌呈不同長徑比的晶須形貌或板塊狀形貌的鹼式氯化鎂納米材料。
2.如權利要求1所述的一種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法，其特徵在於所述 MgO-MgCl2-H2O三元體系與所述有機溶劑混合是指先將所述氯化鎂溶液與所述有機溶劑混合，再與氧化鎂混合；或先將所述氯化鎂溶液與所述氧化鎂混合，再加入所述有機溶劑混I=I O
3.如權利要求1所述的一種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法，其特徵在於用下述製備方法代替權利要求1中所述步驟(1)將由過量的氧化鎂和物質的量濃度為4. 7 9. lmol/L的鹽酸通過中和反應形成的MgO-MgCl2-H2O三元體系與有機溶劑混合後，得到混合物；所述混合物中Mg0/MgC12的物質的量比為3 10，H20/MgCl2的物質的量比為11 23，有機溶劑體積與MgO質量的比為1 8ml/g。
4.如權利要求1或3所述的一種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法，其特徵在於所述步驟(1)中的有機溶劑是指一元水溶性醇或多元水溶性醇或兩者混合而成的水溶性醇；所述一元水溶性醇為甲醇、無水乙醇、1-丙醇中的任意一種；所述多元水溶性醇為乙二醇、丙三醇中的任意一種。
全文摘要
本發明涉及一種調控鹼式氯化鎂微觀形貌的方法，該方法包括以下步驟(1)將MgO-MgCl2-H2O三元體系與有機溶劑混合後，得到混合物；(2)所述混合物在10～100℃下攪拌反應2min～24h，得到凝膠；(3)所述凝膠靜置1～7天，經洗滌、於15～105℃下烘乾後，得到微觀形貌呈不同長徑比的晶須形貌或板塊狀形貌的鹼式氯化鎂納米材料。本發明利用有機溶劑作為分散劑和形貌調控劑，並僅通過更換有機溶劑的種類或用量即可獲得板塊狀或不同長徑比的晶須狀產品，具有操作溫度低、設備和工藝簡單、反應過程容易控制的特點。
文檔編號B82Y40/00GK102390849SQ201110209380
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月23日 優先權日2011年7月23日
發明者餘紅髮, 李穎, 董金美 申請人:中國科學院青海鹽湖研究所