專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備納米氧化鎂的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料的制備技術(shù)，特別是制備納米氧化鎂粉體的新方法，屬于 無(wú)機(jī)化工及納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米氧化鎂是隨著納米材料技術(shù)的發(fā)展而誕生的一種新型功能精細(xì)無(wú)機(jī)材料， 其粒徑介于1 100nm，廣泛應(yīng)用于高級(jí)陶瓷、電器絕緣、阻燃、化妝品、香粉、油漆、橡膠 填充劑、酸性氣體吸附劑、催化劑載體等領(lǐng)域，有著廣闊的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)潛力。
納米氧化鎂的合成有氣相法、固相法、液相沉淀法。氣相法對(duì)設(shè)備及技術(shù)要求高且能耗 大、污染環(huán)境；固相法則難以制備粒徑小于lOOnm的產(chǎn)品且對(duì)設(shè)備要求高；液相沉淀法操作 簡(jiǎn)單，原料易得，產(chǎn)率大，是一種易于工業(yè)化的合成方法。但是液相沉淀法是在含有一種或 多種離子的可溶性鹽溶液中加入沉淀劑，在一定條件下生成沉淀從母液中析出，在技術(shù)上除 雜困難，在工藝流程上有生產(chǎn)流程較長(zhǎng)、能耗高，在產(chǎn)品質(zhì)量上有產(chǎn)品粒度大且分布不均勻， 制備中難以控制形狀等缺點(diǎn)。
中國(guó)專(zhuān)利CN 1539774A，以菱鎂礦輕燒粉為原料，采用攪拌磨強(qiáng)化傳質(zhì)的手段，在10 4(TC下實(shí)現(xiàn)輕燒氧化鎂碳化，碳化時(shí)間為1 5小時(shí)，將碳化液過(guò)濾得到碳酸氫鎂溶液，在 80 10(TC熱解，形成沉淀，經(jīng)過(guò)濾、干燥、煅燒制得納米氧化鎂，其平均粒徑為15 50nm， 產(chǎn)品純度為98.7%。
中國(guó)專(zhuān)利CN 1597520A，將尿素和鎂鹽按摩爾比為2 : 1 6 : 1配制成鎂離子濃度為l 4mol/L的水溶液，同時(shí)加入量為鎂鹽質(zhì)量1 5%的分散劑，水浴加熱至348 373K，反應(yīng)2 6h后陳化、抽濾，用無(wú)水乙醇洗滌并用超臨界二氧化碳干燥后，在623 923K下煅燒制得納 米氧化鎂粉體。該方法很好地解決了沉淀反應(yīng)及干燥過(guò)程粒子團(tuán)聚體的產(chǎn)生，產(chǎn)品單分散性 好，比表面積大，其產(chǎn)品的前驅(qū)體為氫氧化鎂。
本發(fā)明就是為了解決液相沉淀法工藝流程復(fù)雜、能耗高、顆粒粒徑大、粒度分布不均勻、 形狀難以控制等缺點(diǎn)而提出的一種全新的、可以大大縮短工藝流程、減少粒子團(tuán)聚機(jī)會(huì)、沉 淀轉(zhuǎn)化和乳化一步完成的新的生產(chǎn)工藝
發(fā)明內(nèi)容
該工藝以輕燒氧化鎂和工業(yè)用碳酸銨(或碳酸氫銨)為原料，在活性劑的作用 下，氧化鎂和碳酸銨(或碳酸氫銨)直接反應(yīng)，轉(zhuǎn)化反應(yīng)以活性劑為微乳反應(yīng)器，即在有機(jī) 溶劑保護(hù)下進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，制備出納米氧化鎂的前驅(qū)體。再將其真空恒溫干燥，并在高溫下 煅燒，制得納米氧化鎂。其具體步驟描述如下
(1)、將輕燒氧化鎂磨細(xì)，使其粒度達(dá)到0. 075mm以下，同時(shí)配制好濃度為0. 05 2. Omol/L 碳酸銨(或碳酸氫銨)溶液備用。
(2) 、將與氧化鎂摩爾比為0.5 : 1 2 : 1碳酸銨(或碳酸氫銨)溶液加入反應(yīng)器中，滴 加活性劑，其量為溶液總質(zhì)量的0.1%。 10%。，經(jīng)超聲分散l 10min后，在一定的攪拌速率 下加入輕燒氧化鎂粉進(jìn)行反應(yīng),迅速升溫至50 100°C,其溫升速率控制在5 1(TC/min。
(3) 、當(dāng)反應(yīng)體系溫度達(dá)到50 100°C，在此溫度下繼續(xù)反應(yīng)0. 5 2h，得到堿式碳酸鎂 乳液。同時(shí)，將蒸出的氨用水吸收，與煅燒堿式碳酸鎂收集的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸銨(或 碳酸氫鈸)作為原料備用。
(4) 、將所得的堿式碳酸鎂乳液真空抽濾，濾液主要是碳酸銨和碳酸氫銨溶液，可作為原 料循環(huán)利用；濾餅用去離子水洗滌2 3次后，再用無(wú)水乙醇洗滌1 2次，于60 100。C真 空干燥(真空度為0.02Pa) 1 4h,得到納米氧化鎂前驅(qū)體。
(5) 、將制得的前驅(qū)體在500 80CTC下煅燒1 3h制得納米氧化鎂產(chǎn)品。
其中，所述氧化鎂為菱鎂礦煅燒所得(或輕質(zhì)氧化鎂)，其質(zhì)量百分含量》95%。 所述活性劑為聚醇類(lèi)活性劑，例如PEG、 PEG400、 PEG600等；或有機(jī)銨鹽類(lèi)活性劑， 例如甲基甲酰胺、甲基乙酰胺等；或脂肪醇醚硫酸鹽；或其復(fù)配物，其質(zhì)量比為(0. 1 2. 1)
:1 : (0 1.5)。
所述碳酸銨(或碳酸氫銨)溶液濃度為0.05 2mol/L; 所述的攪拌速率為1000 5000r/min，根據(jù)所需產(chǎn)品粒徑調(diào)整轉(zhuǎn)速。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)-A制得的納米氧化鎂團(tuán)聚程度小，粒徑分布均勻，平均粒徑為20nm 50nm,比表面積 大且質(zhì)量穩(wěn)定；
B采用直接轉(zhuǎn)化法，工藝簡(jiǎn)單且流程短，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；
C反應(yīng)條件溫和，對(duì)設(shè)備的要求低，產(chǎn)率》95%;
D制備過(guò)程物料實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，無(wú)廢液廢氣產(chǎn)生，屬于綠色制備過(guò)程。
E本發(fā)明方法既可生產(chǎn)納米氧化鎂，又可生產(chǎn)納米堿式碳酸鎂。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
以下是本發(fā)明的實(shí)施示例。 實(shí)施例1
(1) 、在150ml 0.8mol/l的碳酸銨水溶液中加入0.03g甲基乙酰胺，超聲分散3min后轉(zhuǎn)移 到250ml的三口燒瓶，同時(shí)加入1.5§氧化鎂，啟動(dòng)攪拌機(jī)(速率為1200 r/min)，水浴加熱到 6(TC，反應(yīng)1.5h，自然冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌3次，再用無(wú)水乙醇洗滌3 次，以保證水被完全置換。
(2) 、將(1)得到的產(chǎn)物放入真空干燥箱中(真空度為0.02Pa)，在8(TC下真空干燥2h。(3)、干燥后的樣品在60(TC下煅燒2h，得到平均粒徑為30nm的氧化鎂粉體。 實(shí)施例2
(1) 、在150ml 0.8mol/l的碳酸銨水溶液中加入0.04g脂肪醇醚硫酸鹽，超聲分散3min后 轉(zhuǎn)移到250ml的三口燒瓶，同時(shí)加入1.3g氧化鎂，啟動(dòng)攪拌機(jī)(速率為1200 r/min)，水浴加 熱到6(TC，反應(yīng)l,5h，自然冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌3次，再用無(wú)水乙醇洗 滌3次，以保證水被完全置換。
(2) 、將(1)得到的產(chǎn)物放入真空干燥箱中(真空度為0.02Pa)，在8(TC下真空干燥2h。
(3) 、干燥后的樣品在55(TC下煅燒2h，經(jīng)透射電鏡及比表面積測(cè)量，得到氧化鎂粉體平
均粒徑為26nm，比表面積為164. 44m7g。 實(shí)施例3
(1) 、在150ml 1.5mol/l的碳酸氫銨水溶液中加入0. 20g PEG400，超聲分散3min后轉(zhuǎn)移到 250ml的三口燒瓶，同時(shí)加入1.8g氧化鎂，啟動(dòng)攪拌機(jī)(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為1200 r/min)，水浴加熱 到9(TC,反應(yīng)1.5h，自然冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌3次，再用無(wú)水乙醇洗滌 3次，以保證水被完全置換。
(2) 、將(1)得到的產(chǎn)物放入真空干燥箱中(真空度為0.02Pa)，在80。C下真空干燥2h。
(3) 、干燥后的樣品在60(TC下煅燒2h，經(jīng)透射電鏡測(cè)量，得到的氧化鎂粉體平均粒徑為 20nm。
權(quán)利要求
1、一種直接轉(zhuǎn)化法制備納米氧化鎂的工藝方法，其特征在于，以氧化鎂和碳酸銨(碳酸氫銨)為原料，在活性劑作用下，氧化鎂和碳酸銨(碳酸氫銨)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為納米氧化鎂的前驅(qū)體，經(jīng)真空干燥、高溫煅燒，制得納米氧化鎂。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直接轉(zhuǎn)化法制備納米氧化鎂的工藝方法，其特征在于，轉(zhuǎn)化反 應(yīng)時(shí)沉淀轉(zhuǎn)化劑為碳酸銨(碳酸氫銨)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接轉(zhuǎn)化法制備納米氧化鎂的工藝方法，其特征在于，氧化鎂 和碳酸鈸(碳酸氫銨)的摩爾比為1 : 0.5 1 : 2。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接轉(zhuǎn)化法制備納米氧化鎂的工藝方法，其特征在于，所述活 性劑為聚醇類(lèi)活性劑，例如PEG、 PEG400、 PEG600等；或有機(jī)胺鹽類(lèi)活性劑，例如甲基甲 酰胺、甲基乙酰胺等；或脂肪醇醚硫酸鹽；或三類(lèi)活性劑的復(fù)配物，其質(zhì)量比為(0. 1 2. 1):1 : (0 1.5)。所用活性劑量為反應(yīng)體系溶液總質(zhì)量的O. 1%。 10%。。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接轉(zhuǎn)化法制備納米氧化鎂的工藝方法，其特征在于，碳酸銨 (碳酸氫銨)溶液的濃度應(yīng)為0.05 2mol/L，轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度為50 100°C 。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接轉(zhuǎn)化法制備納米氧化鎂的工藝方法，其特征在于，轉(zhuǎn)化反 應(yīng)時(shí)放出的氨用水吸收，與煅燒堿式碳酸鎂收集的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸釹(或碳酸氫銨) 作為原料備用。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接轉(zhuǎn)化法制備納米氧化鎂的工藝方法，其特征在于前驅(qū)體 母液為碳酸銨和碳酸氫銨的混合物，可作為原料循環(huán)利用。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接轉(zhuǎn)化法制備納米氧化鎂的工藝方法，其特征在于前驅(qū)體 干燥方法為真空干燥(真空度為0.02Pa)，千燥溫度為60 10(TC，千燥時(shí)間為1 4h。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接轉(zhuǎn)化法制備納米氧化鎂的工藝方法，其特征在于前驅(qū)體 煅燒溫度為500 800°C，煅燒時(shí)間為l 3h，其溫升速率為15 l()0°C/min。
全文摘要
一種制備納米氧化鎂的新方法。本發(fā)明涉及納米材料的制備技術(shù)，特別是制備納米氧化鎂粉體的新方法，屬于無(wú)機(jī)化工及納米材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以氧化鎂為原料，用碳酸銨或碳酸氫銨將其直接轉(zhuǎn)化為納米氧化鎂的前驅(qū)體，轉(zhuǎn)化反應(yīng)以活性劑為微乳反應(yīng)器，即在有機(jī)溶劑保護(hù)下進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。轉(zhuǎn)化反應(yīng)時(shí)放出的氨，用水吸收，與煅燒堿式碳酸鎂收集的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸銨(或碳酸氫銨)作為原料備用，同時(shí)前驅(qū)體沉淀母液為碳酸銨和碳酸氫銨的混合物，可循環(huán)利用。將制得的前驅(qū)體真空干燥，高溫煅燒制得納米氧化鎂。所制得的納米氧化鎂團(tuán)聚程度小，粒子分布均勻，平均粒徑小(≤30nm)，比表面積大(≥150m²/g)，而且原料便宜易得，工藝簡(jiǎn)單且流程短，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101353176SQ20071013752
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2007年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月26日
發(fā)明者侯翠紅, 張保林, 王光龍, 珂 許, 陳可可 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)