一種微通道沉淀—水熱法制備氫氧化鎂阻燃劑的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種微通道反應器中制備氫氧化鎂阻燃劑的方法，是將氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液連續(xù)地在微通道反應器中混合，室溫下在微通道反應器中進行沉淀反應，反應后漿料連續(xù)流出微通道反應器，再經(jīng)水熱（水熱溫度150-200℃、水熱時間2-6h）、過濾、洗滌、干燥，得到高純亞微米級六角片狀氫氧化鎂阻燃劑。本發(fā)明具有反應過程連續(xù)、工藝流程簡潔、無放大效應等優(yōu)點，所得產(chǎn)品粒徑可控、粒徑分布窄、形貌規(guī)則、純度高。
【專利說明】一種微通道沉淀一水熱法制備氫氧化鎂阻燃劑的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料化學、無機化工【技術領域】，涉及一種氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，具體地說是一種在微通道反應器中利用液液直接沉淀反應制備無機亞微米級氫氧化鎂阻燃劑的方法。
【背景技術】
[0002]氫氧化鎂作為一種重要的無機化工產(chǎn)品在材料、化工、環(huán)保等領域有著廣泛的用途，其作為一種無機阻燃劑具有分解溫度高、抑煙效果好、不產(chǎn)生有毒氣體、本身無腐蝕等優(yōu)點。作為阻燃劑用的氫氧化鎂要求粒徑小、粒徑分布窄、形貌為片狀或針狀、純度高、結晶度好等，其中粒徑及粒徑分布是關鍵指標。粒徑越小，氫氧化鎂的阻燃性能越好，但由于納米級(小于IOOnm)氫氧化鎂存在過濾洗滌及摻雜困難等問題，目前在工業(yè)上很少應用。國內外市場上現(xiàn)有氫氧化鎂產(chǎn)品粒徑多在微米級，其中高檔產(chǎn)品多在I~3 μ m。亞微米級產(chǎn)品比微米級產(chǎn)品具有更優(yōu)越的阻燃性能，同時又避免了納米級產(chǎn)品的缺點，因而具有廣闊的市場前景。
[0003]苦鹵資源中含有大量氯化鎂，將其和堿液通過沉淀法制備亞微米級高純氫氧化鎂阻燃劑是一條很有價值并且能大規(guī)模工業(yè)化的路線，而該路線最關鍵的是需要強化反應流體的傳質，即需要反應器提供良好的微觀混合效果和均一的反應環(huán)境，使最終氫氧化鎂產(chǎn)品具有較窄的粒徑分布。生成氫氧化鎂的沉淀反應屬于快速反應，常規(guī)釜式制備方法在反應物遠未達到分子尺度的均勻混合之前，反應已經(jīng)完成或接近完成，反應實際上是在局部非均勻狀態(tài)下完成的，從而造成產(chǎn)品粒徑分布寬的問題。為解決這一問題，近幾年開發(fā)了多種強化傳質的設備和工藝用于氫氧化鎂阻燃劑的制備。
[0004]CN102031021A采用超 重力反應器結晶沉淀一水熱法制備超細高純氫氧化鎂阻燃劑，在沉淀反應溫度90-108°C、反應時間2-4小時條件下，制備的氫氧化鎂粒徑在
0.4-0.8 μ m。CN101219801A公開了利用噴射式撞擊流反應器制備氫氧化鎂的方法，反應溫度為20-80°C，漿料在攪拌釜內停留時間10-120分鐘，制備的氫氧化鎂粒徑在10-20nm。CN102153114A公開了一種流體撞擊與超聲器相結合的方法,該法制備的氫氧化鎂粒徑在70nm左右。
[0005]Venktesh等采用微通道反應器制備氫氧化鎂(Intensif ication ofPrecipitation Using Narrow Channel Reactors:Magnesium Hydroxide Precipitation,Ind.Eng.Chem.Res.，2005，44 (15)，5500-5507)，反應過程中引入空氣分隔反應混合物，制備出5-30 μ m的氫氧化鎂粒子。US20110236285A1公開了一種制備金屬氫氧化物微粒的方法，采用不等徑的兩個環(huán)形腔體使兩股原料液分別在4個交替排布的微通道內向中心匯聚，最后在一個中心點(孔)處混合后流出微反應器，制得20-50nm的氫氧化鎂粒子。
[0006]上述公開資料中，利用微通道反應器制備了大于Iym和小于0.Ιμπι兩個極端粒徑的氫氧化鎂，而處于亞微米級的六角片狀氫氧化鎂粒子可控制備是研究的難點，從文獻檢索看，亞微米級六角片狀氫氧化鎂阻燃劑的微通道合成技術尚處于研究空白。
【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明目的是提供一種用并行分布式微通道反應器制備亞微米級六角片狀氫氧化鎂阻燃劑的方法，包括如下步驟:[0008]( I)分別配制氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液；
[0009](2)將氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液分別經(jīng)由平流泵輸送至微通道反應器中；
[0010](3)室溫下兩股原料液在微通道反應器中混合并進行沉淀反應，沉淀反應在特定摩爾比n (Mg2+) /n (0H_)范圍內進行，反應后將漿料直接移至水熱合成釜內進行水熱反應；
[0011](4)水熱反應后的漿料經(jīng)過濾、洗滌、干燥，得到亞微米級高純六角片狀氫氧化鎂。
[0012]上述步驟(1)中，氯化鎂溶液濃度和氫氧化鈉溶液濃度分別為1.0-4.0mo 1/L和1.0-6.0mo 1/L。步驟(2)中，氯化鎂溶液在單位體積(毫升)微通道反應器中的流量為100-1000ml/min、氫氧化鈉溶液在單位體積(毫升)微通道反應器中的流量為IOO-1OOOml/min，氯化鎂溶液與氫氧化鈉溶液在微通道反應器中總的停留時間小于1秒。步驟(3)中，沉淀反應的特定摩爾比n (Mg2+)/n (OH)范圍為1:1.5-1.8,其中η為離子的摩爾數(shù)值,反應后漿料PH為8-10 ;沉淀反應的特定摩爾比n (Mg2VOr)范圍為1:2.2-2.5，反應后漿料pH為
11-14。水熱反應溫度為150-200°C，水熱時間為2_6h。
[0013]在上述條件范圍內，控制微通道中的沉淀反應摩爾比n(Mg2+)/n(0H_)范圍為1:2.2-2.5，同時改變原料濃度、原料流量、水熱溫度、水熱時間等條件，相應的氫氧化鎂粒子平均粒徑在100-300nm之間。
[0014]在上述條件范圍內，控制微通道中的沉淀反應摩爾比n(Mg2+)/n(0H_)范圍為1:1.5-1.8，同時改變原料濃度、原料流量、水熱溫度、水熱時間等條件，相應的氫氧化鎂粒子平均粒徑在400-1000nm之間。
[0015]所述微通道的水力直徑尺寸范圍在200-1000 μ m，優(yōu)選的實施范圍在400-600 μ m。微通道反應器包括二個原料入口，一個物料出口，微通道反應器每個進口通道為單個通道、或設置為二條以上的分支；上級通道與下級通道之間以半圓弧或劣弧形微通道連通，且各級微通道的寬度逐級遞減，遞減幅度在40-60 %。
[0016]本發(fā)明具有如下優(yōu)勢:
[0017]( I)氫氧化鎂粒徑均一。原料在微通道中被分散成微米級的液流高速碰撞混合，流體微觀混合均勻化時間在毫秒級，在沉淀反應前即達到微觀均勻混合，且反應環(huán)境穩(wěn)定均一，避免了局部過飽和現(xiàn)象，所得氫氧化鎂顆粒粒徑均一。
[0018](2)氫氧化鎂粒徑可控?？筛鶕?jù)需要通過改變原料濃度、原料流量、反應摩爾比n (Mg2+) /n (OF)、水熱溫度、水熱時間等參數(shù)方便的調節(jié)氫氧化鎂的粒徑。
[0019](3)形貌規(guī)則。本方法所制備的氫氧化鎂顆粒形貌均為六角片狀，適于做氫氧化鎂阻燃劑。
[0020](4)混合反應時間短。原料在整個微通道反應器中的停留時間小于I秒，而常規(guī)方法原料在反應器中停留時間一般在數(shù)小時。
[0021](5)工藝流程簡潔。沉淀反應在室溫下進行，不需要原料加熱及控溫裝置，另外微通道反應器出口漿料已經(jīng)達到充分的混合反應，不需要進一步攪拌混合或陳化即可直接進入水熱合成釜中進行水熱處理，降低了系統(tǒng)能耗和復雜性。[0022](6)反應過程連續(xù)。微通道反應器連續(xù)進料連續(xù)出料，過程為連續(xù)操作，可以顯著提高工藝過程的自動化程度，降低勞動負荷。
[0023](7)微通道反應器無放大效應。微通道反應器的放大本質是微通道數(shù)目的倍增，單個通道內的流體混合、傳質及反應等過程無變化，實驗室結果可直接快速放大到工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明工藝流程示意圖；圖中，1，2_分別為氯化鎂溶液儲罐和氫氧化鈉溶液儲罐，3，4-分別為第一、第二平流泵；5_微通道反應器；6_水熱合成釜。
[0025]圖2為本發(fā)明實施例1產(chǎn)品的SEM圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實施例2產(chǎn)品的SEM圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實施例3產(chǎn)品的SEM圖；
[0028]圖5為本發(fā)明實施例4產(chǎn)品的SEM圖；
[0029]圖6為本發(fā)明實施例2產(chǎn)品的XRD圖。
【具體實施方式】
[0030]下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明。
[0031]實施例全部采用如附圖1所示的示意流程，實施例涉及的微通道反應器為16通道微反應器,通道水力直徑為600 μ m,沉淀反應通道的總體積為0.2ml。
[0032]實施例1
[0033]配制1.0moI/L氯化鎂溶液和1.0moI/L氫氧化鈉溶液,將兩種原料液在室溫下分別經(jīng)由平流泵送至微通道反應器。其中氯化鎂溶液的泵速控制在50ml/min，氫氧化鈉溶液的泵速控制在110ml/min，此時微通道中的沉淀反應摩爾比n(Mg2+)/n(0H_)為1:2.2。微通道反應器出口的漿料直接進入水熱合成釜，水熱反應溫度為150°C，水熱時間為2h。水熱后的產(chǎn)物經(jīng)冷卻、過濾、洗滌(以硝酸銀檢測至無氯離子檢出)，110°C干燥10h、粉碎，得到粒徑為100-200nm、純度為99.1%、比表面積為17.6m2/g的六角片狀氫氧化鎂。產(chǎn)品的SEM圖見附圖2。
[0034]實施例2
[0035]配制2.0moI/L氯化鎂溶液和2.0moI/L氫氧化鈉溶液,將兩種原料液在室溫下分別經(jīng)由平流泵送至微通道反應器。其中氯化鎂溶液的泵速控制在20ml/min，氫氧化鈉溶液的泵速控制在50ml/min，此時微通道中的沉淀反應摩爾比n (Mg2+)/n (0H_)為1:2.5。微通道反應器出口的漿料直接進入水熱合成釜，水熱反應溫度為160°C，水熱時間為4h。水熱后的產(chǎn)物經(jīng)冷卻、過濾、洗滌(以硝酸銀檢測至無氯離子檢出)，110°C干燥10h、粉碎，得到粒徑為200-300nm、純度為98.6%、比表面積為13.2m2/g的六角片狀氫氧化鎂。產(chǎn)品的SEM圖見附圖3、XRD圖見附圖6。
[0036]實施例3
[0037]配制3.0moI/L氯化鎂溶液和6.0moI/L氫氧化鈉溶液,將兩種原料液在室溫下分別經(jīng)由平流泵送至微通道反應器。其中氯化鎂溶液的泵速控制在160ml/min，氫氧化鈉溶液的泵速控制在120ml/min，此時微通道中的沉淀反應摩爾比n(Mg2+)/n(0H_)為1: 1.5。微通道反應器出口的漿料直接進入水熱合成釜，水熱反應溫度為180°C，水熱時間為4h。水熱后的產(chǎn)物經(jīng)冷卻、過濾、洗滌(以硝酸銀檢測至無氯離子檢出)，110°C干燥10h、粉碎，得到粒徑為400-600nm、純度為99.0%、比表面積為11.8m2/g的六角片狀氫氧化鎂。產(chǎn)品的SEM圖見附圖4。
[0038]實施例4
[0039]配制4.0moI/L氯化鎂溶液和4.0moI/L氫氧化鈉溶液,將兩種原料液在室溫下分別經(jīng)由平流泵送至微通道反應器。其中氯化鎂溶液的泵速控制在100ml/min，氫氧化鈉溶液的泵速控制在180ml/min，此時微通道中的沉淀反應摩爾比n(Mg2+)/n(0H_)為1: 1.8。微通道反應器出口的漿料直接進入水熱合成釜，水熱反應溫度為200°C，水熱時間為6h。水熱后的產(chǎn)物經(jīng)冷卻、過濾、洗 滌(以硝酸銀檢測至無氯離子檢出)，110°C干燥10h、粉碎，得到粒徑為600-1000nm、純度為98.7%、比表面積為9.3m2/g的六角片狀氫氧化鎂。產(chǎn)品的SEM圖見附圖5。
【權利要求】
1.一種微通道沉淀一水熱法制備氫氧化鎂阻燃劑的方法，其特征在于:使?jié)舛葹?.0-4.0moI/L的氯化鎂溶液和濃度為1.0-6.0mo1/L的氫氧化鈉溶液連續(xù)地在微通道反應器中混合，室溫下在微通道反應器中進行沉淀反應，沉淀反應在特定摩爾比n (Mg2+) /n (0H-)范圍內進行，反應后所得漿料直接移至水熱合成釜中進行水熱反應，水熱反應后產(chǎn)物經(jīng)過濾、洗滌、干燥后得到亞微米級高純六角片狀氫氧化鎂阻燃劑。
2.如權利要求1所述制備氫氧化鎂阻燃劑的方法，其特征在于:所述沉淀反應特定摩爾比n (Mg2+) /n (OF)范圍為1: 1.5~1.8或1:2.2^2.5，其中n為離子的摩爾數(shù)值。
3.如權利要求1、2所述制備氫氧化鎂阻燃劑的方法，其特征在于:所述沉淀反應特定摩爾比n (Mg2+)/n (0H_)范圍為1:1.5~1.8，對應的亞微米級氫氧化鎂粒子平均粒徑在40(Tl000nm之間；所述沉淀反應特定摩爾比η (Mg2+)/n (0H-)范圍為1:2.2~2.5，對應的亞微米級氫氧化鎂粒子平均粒徑在10~300nm之間。
4.如權利要求1所述制備氫氧化鎂阻燃劑的方法，其特征在于:所述水熱反應溫度為150~200°C，水熱時間為2~6h。
5.如權利要求1所述制備氫氧化鎂阻燃劑的方法，其特征在于:所述微通道的水力直徑尺寸范圍在200~1000 μ m。
【文檔編號】C01F5/22GK103508474SQ201210222105
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權日:2012年6月29日
【發(fā)明者】陳光文, 任明月, 李淑蓮, 趙玉潮, 楊梅 申請人:中國科學院大連化學物理研究所