纳米氧化镁的制备

沈阳工业大学课题论文

纳米氧化镁的制备方法

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姓 名: xxx 专 业: 年 级: 1003 指导老师: xxx

2013年4月

摘 要

本论文简要介绍了纳米氧化镁的性质、用途及国内外生产现状。重点讨论了纳米氧化镁制备技术研究和表面活性剂在纳米材料制备中的应用。根据原料的品位及对产品的要求,本文开发了两套制备纳米氧化镁的技术工艺。论文首先对直接转化法制备纳米氧化镁的工艺进行了研究,在制备工艺研究中,重点研究了前驱备工艺条件和煅烧优化条件,通过单因素和正交实验,分别筛选出了表面活性剂、干燥方式及前驱备的优化条件;然后对全返混均质乳化法制备纳米氧化镁的工艺进行了研究,通过单因素和正交实验,重点研究铵浸反应条件和前驱备条件的优化。

【关键词】： 纳米氧化镁 表面活性剂 前驱体 【学位授予单位】：沈阳工业大学 【学位级别】：本科 【学位授予年份】：2013

纳米氢氧化镁的制备方法

1、直接沉淀法

直接沉淀法制备纳米氢氧化镁是向含有Mg2 +的溶液中加入沉淀剂,使生成的沉淀从溶液中析出,最常见的是氢氧化钠法和氨法，其反应方程式分别为:

Mg2OHMg(OH)2

2Mg2NH3H2OMg(OH)2+2NH4

2直接沉淀法操作工艺简单,控制反应条件可制得片状、针状和球形的纳米氢氧化镁粉体。

2、均匀沉淀法

均匀沉淀法不是直接加入沉淀剂,而是向溶液中加入某种物质,使它与水或其它物质发生化学反应生成沉淀剂,沉淀剂在整个溶液中均匀生成,从而使反应在溶液中均匀进行。均匀沉淀法制备纳米氢氧化镁一般是用尿素和可溶性镁盐反应：

CO(NH2)2+3H2O2NH3H2O+CO2

Mg2NH3H2OMg(OH)2+2NH4

23、反向沉淀法

直接沉淀反应法是把沉淀剂加入盐溶液，这样由于溶液pH 变化将引起沉淀颗粒的ξ电位经历由正到负的过程,而当颗粒表面电荷为零时颗粒会发生二次凝聚,导致颗粒团聚长大。反向沉淀法是把盐溶液加入到碱性沉淀剂中,使反应体系的pH 始终处在碱性范围内,使氢氧化镁颗粒表面始终带负电,有效地避免了团聚体的产生,从而可获得粒度小、分布均匀的纳米氢氧化镁颗粒。

4、沉淀- 共沸蒸馏法

液相法制备纳米Mg (OH) 2 的团聚问题一直没有得到很好的解决,加入分散剂可以有效防止液相反应阶段的团聚,但由于Mg (OH) 2 颗粒表面吸附水分子形成氢键,OH 基团易形成液相桥,导致干燥过程中颗粒结合而产生硬团聚。采用非均相共沸蒸馏干燥技术可有效脱除颗粒表面的水分子,从而更有效地控制团聚。选择的共沸溶剂要能与水形成共沸混合物,

共沸条件下蒸汽相中含水量大,其表面张力要比水小。此外,它本身的沸点要尽可能的低。常用的共沸溶剂是一些醇类物质,如正丁醇、异丁醇、仲丁醇和正戊醇等。戴焰林等将制备的Mg(OH) 2沉淀用一定量的正丁醇打浆,于93 ℃共沸蒸馏, 体系温度由93 ℃升高到正丁醇的沸点117 ℃的过程中水分完全蒸发，在117 ℃下继续蒸发除去正丁醇,最后得到了粒径为50～70 nm 的片状氢氧化镁。但由于正丁醇会对环境造成一定的污染，并且正丁醇的回收也比较麻烦，因此,要想实现工业化生产还有一定的难度。

5、金属镁水化法

金属镁水化法主要以镁粉( w = 99. 999 %) 和蒸馏水为原料在乙(撑) 二胺溶剂中合成纳米氢氧化镁棒。纳米氢氧化镁棒属于一维纳米材料，合成的关键是控 制它的成核与一维方向上的晶体生长。乙（撑）二胺溶剂分子作为二价配位体与Mg2 + 形成络合物，这种络合物的稳定性随温度的升高而降低,当体系温度升高到一定值时，OH- 与络合物配位。同时OH- 的作用减弱了Mg2 + 与N 之间的结合力，而Mg2 + 与O2 - 之间的化学键逐渐形成。最后Mg2 + 与N 分离，Mg2 + 与OH- 形成一维的纳米Mg (OH) 2棒，(撑) 二胺在此过程中被消耗。这种方法制得的纳米Mg (OH) 2棒晶化完全，且制备过程中不易引入杂质,可以用来生产超导体添加剂纳米MgO 棒。但对原料和设备要求高，所以制备成本相对要高。

6、均质流体法

北京化工大学杜以波将可溶性镁盐与碱溶液通过均质流体法强制沉淀反应合成（加适量的分散剂）的沉淀经洗涤、过滤和干燥后得到了纳米氢氧化镁。这种方法制得的纳米氢氧化镁粒径为10～100 nm，分散性和表面改性效果都比较好。宋云华等也发明了一种旋转填充床技术，原理上与均质流体法相近，但是它可以用来作气-液相反应制备纳米材料。这两种方法制备的纳米氢氧化镁纯度不高，粒度分布和结晶性都不是很理想,但它们最大的优势是易于实现工业化生产。

7、水热法

水热法是在高温高压下，反应物在水溶液或蒸汽等介质中反应生成目的产物，再经分离或热处理得到纳米粉体。反应温度一般在100～400 ℃,压力0.1MPa到几十乃至几百兆帕。该法为各种前驱物的反应和结

晶提供了一个在常压条件下无法得到的特殊物理和化学环境, 粉体的形成经历了溶解—结晶的过程。与其他制备方法相比, 具有晶粒发育完整、粒度小、分布均匀、颗粒团聚较轻,易得到合适的化学计量物和晶形等优点。

丁轶等以镁粉和稀氨水为原料,通过水热法合成出氢氧化镁纳米管;并讨论了不同镁源对反应产物形貌的影响。颜理等将氨水逐滴加入到硫酸镁溶液中,然后,在160 ℃下进行水热反应,得到氢氧化镁纳米棒,通过煅烧又得到氧化镁纳米棒。

8、液相脉冲激光烧蚀法

液相脉冲激光烧蚀法是利用激光脉冲轰击浸没在液体(水和其它溶剂)中的金属镁靶,使其表面发生热熔化和(或)汽化,由此产生的镁原子或团簇与溶剂在接触面发生化学反应,生成氢氧化镁分子或团簇。梁长浩等以金属镁粉作为脉冲激光烧蚀的靶,用去离子水或十二烷基磺酸钠(SDS)水溶液作为液相介质,成功制备出孔状、管状和棒状纳米氢氧化镁,并讨论了脉冲激光烧蚀及表面活性剂对氢氧化镁纳米结构的形成和导向生长的影响。

结 论

本课题主要采用直接沉淀法，以硫酸镁为镁源，氨水作为沉淀剂，在微波辐射条件下获得产物纳米氢氧化镁。简单的探讨了硫酸镁浓度、氨水浓度、反应时间、微波辐射频率对产物形貌的影响，并通过XRD、TEM进行相关的表征分析，通过实验研究，在微波反应条件下，得出以下结论：

（1）在一定的硫酸镁浓度范围内，较低的硫酸镁浓度可获得结晶度较高、形貌较好的产物纳米氢氧化镁。硫酸镁浓度太高，反应获得的产物平均粒径大、形貌不好；硫酸镁浓度太低，反应获得的产物太少，产率太低。硫酸镁浓度在1mol/L左右为好。

（2）在一定的氨水浓度范围内，较低的氨水浓度获得的产物纳米氢

氧化镁结晶度和形貌较好。氨水浓度过高，产物团聚现象明显；氨水浓度过低，不反应或者产物极少。实验中选取pH=10的氨水较为合适，获得的产物粒度和形貌都比较好。

（3）反应时间太短，反应物还没来得及反应，获得的产物太少；反应时间太长，虽然产物较多，产率稍高，但是产生团聚，产物粒径大，且部分产物粘附在反应容器圆底烧瓶底壁。实验中反应时间为20到40min较为合适。

（4）微波辐射间歇比太小，不能反应或者产物太少；微波辐射间歇比太大，产物粒径大、形貌较差。这是因为在一定的反应时间下，因为辐射间歇比决定了辐射时间的长短，辐射间歇比小，辐射时间短，反应温度较低，反应不易进行；而辐射间歇比大，辐射时间长，反应温度较高，利于反应进行。实验中选取微波辐射间歇比为3:9左右较为合适，即辐射3s后，停止辐射9s循环。

由于时间原因，加上实验前期主要是确定较适合的反应条件的摸索阶段，实验只考察了单因素反应条件对产物粒度和形貌的影响，并没有对各个影响因素进行正交试验，以优化制备纳米氢氧化镁的工艺条件。因此，实验反应条件有待进一步优化，以获得更佳形貌的纳米氢氧化镁产物。

致 谢

值此毕业论文完成之际，谨向我的导师表示深深地谢意。在这两个多月的时间里，无论是论文的选题、实验的安排、论文的撰写，老师都倾注了大量的心血。在老师的谆谆教诲和细心指导下，我才得以顺利完成毕业论文。老师扎实的专业知识、严谨的治学态度、巧妙的思维构想、独特的人格魅力、丰富的人生经验，无不令人折服并深深感染着我，使我受益匪浅。

感谢沈阳工业大学石化学院的老师们在大学四年期间给予我的教育、指导、关心和帮助。

参考文献

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[3] 吴士军 直接沉淀法制备纳米氢氧化镁的研究 .内蒙古工业大学

学报（自然科学版）2005，4

[4] 霍华嶂 纳米材料和纳米技术的进展 应用级产业化现状材料工程

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