一种制备纳米氧化镁的新方法

摘要

一种制备纳米氧化镁的新方法。本发明涉及纳米材料的制备技术，特别是制备纳米氧化镁粉体的新方法，属于无机化工及纳米材料技术领域。本发明以氧化镁为原料，用碳酸铵或碳酸氢铵将其直接转化为纳米氧化镁的前驱体，转化反应以活性剂为微乳反应器，即在有机溶剂保护下进行转化反应。转化反应时放出的氨，用水吸收，与煅烧碱式碳酸镁收集的二氧化碳反应生成碳酸铵(或碳酸氢铵)作为原料备用，同时前驱体沉淀母液为碳酸铵和碳酸氢铵的混合物，可循环利用。将制得的前驱体真空干燥，高温煅烧制得纳米氧化镁。所制得的纳米氧化镁团聚程度小，粒子分布均匀，平均粒径小(≤30nm)，比表面积大(≥150m

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备技术，特别是制备纳米氧化镁粉体的新方法，属于无机化工及纳米材料技术领域。

技术背景  纳米氧化镁是随着纳米材料技术的发展而诞生的一种新型功能精细无机材料，其粒径介于1～100nm，广泛应用于高级陶瓷、电器绝缘、阻燃、化妆品、香粉、油漆、橡胶填充剂、酸性气体吸附剂、催化剂载体等领域，有着广阔的应用前景和巨大的经济潜力。

纳米氧化镁的合成有气相法、固相法、液相沉淀法。气相法对设备及技术要求高且能耗大、污染环境；固相法则难以制备粒径小于100nm的产品且对设备要求高；液相沉淀法操作简单，原料易得，产率大，是一种易于工业化的合成方法。但是液相沉淀法是在含有一种或多种离子的可溶性盐溶液中加入沉淀剂，在一定条件下生成沉淀从母液中析出，在技术上除杂困难，在工艺流程上有生产流程较长、能耗高，在产品质量上有产品粒度大且分布不均匀，制备中难以控制形状等缺点。

中国专利CN 1539774A，以菱镁矿轻烧粉为原料，采用搅拌磨强化传质的手段，在10～40℃下实现轻烧氧化镁碳化，碳化时间为1～5小时，将碳化液过滤得到碳酸氢镁溶液，在80～100℃热解，形成沉淀，经过滤、干燥、煅烧制得纳米氧化镁，其平均粒径为15～50nm，产品纯度为98.7％。

中国专利CN 1597520A，将尿素和镁盐按摩尔比为2∶1～6∶1配制成镁离子浓度为1～4mol/L的水溶液，同时加入量为镁盐质量1～5％的分散剂，水浴加热至348～373K，反应2～6h后陈化、抽滤，用无水乙醇洗涤并用超临界二氧化碳干燥后，在623～923K下煅烧制得纳米氧化镁粉体。该方法很好地解决了沉淀反应及干燥过程粒子团聚体的产生，产品单分散性好，比表面积大，其产品的前驱体为氢氧化镁。

本发明就是为了解决液相沉淀法工艺流程复杂、能耗高、颗粒粒径大、粒度分布不均匀、形状难以控制等缺点而提出的一种全新的、可以大大缩短工艺流程、减少粒子团聚机会、沉淀转化和乳化一步完成的新的生产工艺。

发明内容

该工艺以轻烧氧化镁和工业用碳酸铵(或碳酸氢铵)为原料，在活性剂的作用下，氧化镁和碳酸铵(或碳酸氢铵)直接反应，转化反应以活性剂为微乳反应器，即在有机溶剂保护下进行转化反应，制备出纳米氧化镁的前驱体。再将其真空恒温干燥，并在高温下煅烧，制得纳米氧化镁。其具体步骤描述如下：

(1)、将轻烧氧化镁磨细，使其粒度达到0.075mm以下，同时配制好浓度为0.05～2.0mol/L碳酸铵(或碳酸氢铵)溶液备用。

(2)、将与氧化镁摩尔比为0.5∶1～2∶1碳酸铵(或碳酸氢铵)溶液加入反应器中，滴加活性剂，其量为溶液总质量的0.1‰～10‰，经超声分散1～10min后，在一定的搅拌速率下加入轻烧氧化镁粉进行反应，迅速升温至50～100℃，其温升速率控制在5～10℃/min。

(3)、当反应体系温度达到50～100℃，在此温度下继续反应0.5～2h，得到碱式碳酸镁乳液。同时，将蒸出的氨用水吸收，与煅烧碱式碳酸镁收集的二氧化碳反应生成碳酸铵(或碳酸氢铵)作为原料备用。

(4)、将所得的碱式碳酸镁乳液真空抽滤，滤液主要是碳酸铵和碳酸氢铵溶液，可作为原料循环利用；滤饼用去离子水洗涤2～3次后，再用无水乙醇洗涤1～2次，于60～100℃真空干燥(真空度为0.02Pa)1～4h，得到纳米氧化镁前驱体。

(5)、将制得的前驱体在500～800℃下煅烧1～3h制得纳米氧化镁产品。

其中，所述氧化镁为菱镁矿煅烧所得(或轻质氧化镁)，其质量百分含量≥95％。

所述活性剂为：聚醇类活性剂，例如PEG、PEG400、PEG600等；或有机铵盐类活性剂，例如甲基甲酰胺、甲基乙酰胺等；或脂肪醇醚硫酸盐；或其复配物，其质量比为(0.1～2.1)∶1∶(0～1.5)。

所述碳酸铵(或碳酸氢铵)溶液浓度为0.05～2mol/L；

所述的搅拌速率为1000～5000r/min，根据所需产品粒径调整转速。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

A制得的纳米氧化镁团聚程度小，粒径分布均匀，平均粒径为20nm～50nm，比表面积大且质量稳定；

B采用直接转化法，工艺简单且流程短，易于实现工业化生产；

C反应条件温和，对设备的要求低，产率≥95％；

D制备过程物料实现闭路循环，无废液废气产生，属于绿色制备过程。

E本发明方法既可生产纳米氧化镁，又可生产纳米碱式碳酸镁。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下是本发明的实施示例。

实施例1

(1)、在150ml 0.8mol/l的碳酸铵水溶液中加入0.03g甲基乙酰胺，超声分散3min后转移到250ml的三口烧瓶，同时加入1.5g氧化镁，启动搅拌机(速率为1200r/min)，水浴加热到60℃，反应1.5h，自然冷却至室温，真空抽滤，用去离子水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次，以保证水被完全置换。

(2)、将(1)得到的产物放入真空干燥箱中(真空度为0.02Pa)，在80℃下真空干燥2h。

(3)、干燥后的样品在600℃下煅烧2h，得到平均粒径为30nm的氧化镁粉体。

实施例2

(1)、在150ml 0.8mol/l的碳酸铵水溶液中加入0.04g脂肪醇醚硫酸盐，超声分散3min后转移到250ml的三口烧瓶，同时加入1.3g氧化镁，启动搅拌机(速率为1200r/min)，水浴加热到60℃，反应1.5h，自然冷却至室温，真空抽滤，用去离子水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次，以保证水被完全置换。

(2)、将(1)得到的产物放入真空干燥箱中(真空度为0.02Pa)，在80℃下真空干燥2h。

(3)、干燥后的样品在550℃下煅烧2h，经透射电镜及比表面积测量，得到氧化镁粉体平均粒径为26nm，比表面积为164.44m²/g。

实施例3

(1)、在150ml 1.5mol/l的碳酸氢铵水溶液中加入0.20g PEG400，超声分散3min后转移到250ml的三口烧瓶，同时加入1.8g氧化镁，启动搅拌机(转子转速为1200r/min)，水浴加热到90℃，反应1.5h，自然冷却至室温，真空抽滤，用去离子水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次，以保证水被完全置换。

(2)、将(1)得到的产物放入真空干燥箱中(真空度为0.02Pa)，在80℃下真空干燥2h。

(3)、干燥后的样品在600℃下煅烧2h，经透射电镜测量，得到的氧化镁粉体平均粒径为20nm。