專利名稱：一種納米級(jí)氧化鎂的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種均分散納米氧化鎂粉體的可控制備方法，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料的制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米氧化鎂是一種粒徑介于1～100nm之間的新型高性能精細(xì)無(wú)機(jī)材料，由于其顆粒細(xì)微化而具有不同于本體材料的熱、光、電、力學(xué)和化學(xué)等特殊功能，在陶瓷、搪瓷、催化、紡織、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域均有廣泛的用途。納米粉體氧化鎂與高聚物或其它材料復(fù)合有良好的微波吸收性能，可作為化妝品、油漆、紙張的填充材料。采用納米氧化鎂粉體，不需使用燒結(jié)助劑便可實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)，制成高致密的細(xì)晶陶瓷，可望開發(fā)出高溫、高腐蝕等苛刻條件下的尖端材料。納米氧化鎂粉體還可作為氧化鋯、氧化鋁、氧化鐵等其它納米粒子的燒結(jié)助劑和穩(wěn)定劑而獲得高質(zhì)量的納米相陶瓷。
文獻(xiàn)報(bào)道的制備納米級(jí)氧化鎂的方法相對(duì)較少，一般均為化學(xué)方法。其中比較常見的是氣相法、液相法和溶膠-凝膠法。
Tokushi Kizuka(Materials Tansactions，JIM，1998，39(4)508-514)以鎂金屬為原料，采用化學(xué)氣相氧化法，制得氯化鈉型結(jié)構(gòu)的納米氧化鎂。該方法制得的納米氧化鎂，粒徑介于10-50nm，晶體形態(tài)較完整。El-Shall M.S.等(Journalof Physical Chemistry，1994，98(12)3067-3070)描述了激光汽化/濃縮法合成納米粒子的新技術(shù)。這種新技術(shù)將脈沖激光汽化法的優(yōu)點(diǎn)和散射云室中溫度和壓力可以控制的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，合成了多種金屬氧化物和混合金屬氧化物。這種方法可以制得10-20nm的納米氧化鎂。以上兩種方法設(shè)備較昂貴，生產(chǎn)成本高且不易工業(yè)化生產(chǎn)。張近、王志奎等人(功能材料，1999，30(5)557-558)以MgCl2·6H2O為原料，緩慢滴加氨水沉淀劑，采用直接沉淀法制得氫氧化鎂沉淀，焙燒得到納米氧化鎂粉體。采用這種方法可以制得粒徑范圍在20-100nm，平均為62nm的納米氧化鎂粉體。該方法工藝條件不易控制，制得的氧化鎂粉體粒徑較大且分布范圍較寬。張近、汪國(guó)忠等人(無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，1999，31(2)3-5)在鎂鹽溶液中加入尿素，在一定溫度下使尿素水解緩慢地釋放出OH-離子，控制沉淀劑生成速率使過(guò)飽和度限定在適當(dāng)范圍內(nèi)，從而達(dá)到控制顆粒生長(zhǎng)速率，均勻沉淀獲得粒度均勻的前驅(qū)體，焙燒得到粒徑在24-39nm，平均30nm的納米氧化鎂粉體。該方法工藝相對(duì)較簡(jiǎn)單，操作容易，可以制得粒徑較小、分布均勻的納米氧化鎂粉體。但是由于尿素的水解要在密閉容器中進(jìn)行，所以對(duì)反應(yīng)容器有一定的壓力要求，設(shè)備成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)制備納米氧化鎂存在的缺點(diǎn)，提供一種成本低、易操作控制的納米氧化鎂粉體制備方法。
本發(fā)明是以可溶性鎂鹽和氫氧化鈉以及可溶性碳酸鹽為原料，先制得堿式碳酸鎂前驅(qū)體，再經(jīng)過(guò)程序升溫焙燒得到粒徑范圍在7～100nm的納米氧化鎂粉體。
其具體制備方法包括下述步驟A.將可溶性二價(jià)鎂鹽配成0.1～4.0mol/L的溶液加入反應(yīng)容器，室溫下滴加濃度為0.1～20mol/L的氫氧化鈉溶液得到白色乳液，氫氧化鈉溶液的滴加量按Mg2+/OH-＝1.8～2.5∶1的摩爾比計(jì)，然后將可溶性碳酸鹽按與溶液中Mg2+的摩爾比為Mg2+/CO32-＝1∶1～1.5的比例倒入反應(yīng)器，升溫至60℃～90℃，以600～2500轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢杷俣葦嚢璺磻?yīng)0.5～2h，將得到的乳液冷至室溫，過(guò)濾、洗滌，于70℃～90℃干燥后即得堿式碳酸鎂前驅(qū)體。
其中可溶性鎂鹽可以是MgCl2、MgBr2、Mg(NO3)2、MgSO4中的任何一種；可溶性碳酸鹽可以是(NH4)2CO3、NH4HCO3、Na2CO3中的任何一種。
B.將上述制備的堿式碳酸鎂前驅(qū)體，在550℃～950℃的溫度下以5～20℃/min的升溫速率焙燒1～5h，得到納米氧化鎂粉體。
所采用的反應(yīng)器為常用帶加熱和攪拌的反應(yīng)設(shè)備；所采用的焙燒設(shè)備為電加熱焙燒裝置，以保證焙燒過(guò)程物料不受雜質(zhì)污染。
將得到的氧化鎂粉體進(jìn)行透射電鏡(TEM)分析，結(jié)果其粒徑均在7～100nm之間，且分布窄，分散性好。用BET方法測(cè)得該氧化鎂粉體比表面積達(dá)46.7～160.9m2/g，用化學(xué)滴定法測(cè)得純度達(dá)到99％以上。
本發(fā)明采用了一種簡(jiǎn)便易行的方法制備得到納米級(jí)氧化鎂，且產(chǎn)品制備成本低，所得產(chǎn)品粒徑分布窄，分散性好，純度高。該制備方法易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并可通過(guò)控制反應(yīng)物濃度、配比、反應(yīng)時(shí)間、前驅(qū)體焙燒條件等因素達(dá)到對(duì)粒徑大小和粒度分布的可控生產(chǎn)。


附圖1為本發(fā)明制備的納米氧化鎂樣品的透射電鏡照片，從圖中可以看出，氧化鎂粉體粒徑在7～25nm之間，且分布窄，分散均勻。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將濃度為1.0mol/L的MgCl2溶液加入反應(yīng)容器中，室溫下加入濃度為5.0mol/L的NaOH溶液(Mg2+/OH-＝1.8∶1)，得到白色乳液，然后將NH4HCO3粉末(Mg2+/CO32-＝1∶1.2)倒入反應(yīng)器，升溫至60℃，以攪拌速度800轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢璺磻?yīng)2h。將得到的乳液冷至室溫，洗滌至無(wú)Cl-，于70℃干燥3小時(shí)后即得堿式碳酸鎂前驅(qū)體。以10℃/min的升溫速率升溫至550℃后焙燒1h，得到氧化鎂粉體。經(jīng)測(cè)定其粒徑在10～20nm范圍，比表面積達(dá)160.9m2/g，純度達(dá)到99.0％。
實(shí)施例2將濃度為4.0mol/L的MgSO4溶液加入反應(yīng)容器中，室溫下加入濃度為20.0mol/L的NaOH溶液(Mg2+/OH-＝2.0∶1)，得到白色乳液，然后將(NH4)2CO3(Mg2+/CO32-＝1∶1.0)粉末倒入反應(yīng)器，升溫至70℃，以2000轉(zhuǎn)/分的攪拌速度，攪拌反應(yīng)30min。將得到的乳液冷至室溫，洗滌至無(wú)SO42-，于80℃干燥2.5小時(shí)后即得堿式碳酸鎂前驅(qū)體。以15℃/min的升溫速率升溫至950℃后焙燒1h，得到氧化鎂粉體。經(jīng)TEM測(cè)定其粒徑在20～40nm范圍，比表面積為35.1m2/g，純度達(dá)到99.4％。
實(shí)施例3將濃度為0.2mol/L的Mg(NO3)2溶液加入反應(yīng)容器中，室溫下加入濃度為5.0mol/L的NaOH溶液(Mg2+/OH-)＝2.2∶1)，得到白色乳液，然后將NH4HCO3(Mg2+/HCO3-＝1∶1.5)粉末倒入反應(yīng)器，升溫至80℃，以1800轉(zhuǎn)/分的攪拌速度，攪拌反應(yīng)1h，。將得到的乳液冷至室溫，洗滌，于90℃干燥2小時(shí)后即得堿式碳酸鎂前驅(qū)體。以10℃/min的升溫速率升至650℃后焙燒2h，得到氧化鎂粉體。經(jīng)TEM測(cè)定其粒徑在16～33nm范圍，比表面積達(dá)122.4m2/g，純度達(dá)到99.5％。
實(shí)施例4將濃度為4.0mol/L的MgCl2溶液加入反應(yīng)容器中，室溫下加入濃度為5.0mol/L的NaOH溶液(Mg2+/OH-＝2.5∶1)，得到白色乳液，然后將Na2CO3粉末(Mg2+/CO32-＝1∶1.4)倒入反應(yīng)器，升溫至60℃，以1000轉(zhuǎn)/分的攪拌速度攪拌反應(yīng)2h。將得到的乳液冷至室溫，洗滌至無(wú)Cl-，于80℃干燥3小時(shí)后即得堿式碳酸鎂前驅(qū)體。以20℃/min的升溫速率升至650℃焙燒1h，得到納米氧化鎂粉體。經(jīng)TEM測(cè)定其粒徑在15～30nm范圍，比表面積達(dá)133.4m2/g，純度達(dá)到99.1％。
權(quán)利要求
1.一種納米級(jí)氧化鎂的制備方法，其特征在于以可溶性二價(jià)鎂鹽、氫氧化鈉和可溶性碳酸鹽為原料，制得堿式碳酸鎂前驅(qū)體，該前驅(qū)體經(jīng)過(guò)程序升溫焙燒得到粒徑在7～100nm的納米級(jí)氧化鎂粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其具體制備過(guò)程如下A.將可溶性二價(jià)鎂鹽配成0.1～4.0mol/L的溶液加入反應(yīng)容器，室溫下滴加濃度為0.1～20mol/L的氫氧化鈉溶液得到白色乳液，氫氧化鈉溶液的滴加量按Mg2+/OH-＝1.8～2.5∶1的摩爾比計(jì)，然后將可溶性碳酸鹽按與溶液中Mg2+的摩爾比為Mg2+/CO32-＝1∶1～1.5的比例倒入反應(yīng)器，升溫至60℃～90℃，以600～2500轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢杷俣葦嚢璺磻?yīng)0.5～2h，將得到的乳液冷至室溫，過(guò)濾、洗滌，于70℃～90℃干燥后即得堿式碳酸鎂前驅(qū)體；B.將步驟A制備的堿式碳酸鎂前驅(qū)體，以5～20℃/min的升溫速率升至550℃～950℃溫度后焙燒1～5h，得到納米氧化鎂粉體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的制備方法，所用的可溶性鎂鹽可以是MgCl2、MgBr2、Mg(NO3)2、MgSO4中的任何一種；所用的可溶性碳酸鹽可以是(NH4)2CO3、NH4HCO3、Na2CO3中的任何一種。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種納米級(jí)氧化鎂的制備方法，該方法以可溶性鎂鹽和氫氧化鈉以及堿式碳酸鎂沉淀劑為原料，先制得堿式碳酸鎂前驅(qū)體，再經(jīng)過(guò)程序升溫焙燒得到納米級(jí)氧化鎂粉體。該方法工藝簡(jiǎn)便易行，產(chǎn)品制備成本低，所得產(chǎn)品粒徑均在7～100nm之間，且分布窄，分散性好，純度高，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，克服了以往制備方法中原料和生產(chǎn)成本高、工藝復(fù)雜、制得的氧化鎂粒徑大、分散較寬等缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01F5/24GK1508072SQ0215546
公開日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者段雪, 林彥軍, 張慧, 段 雪 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)