专利名称：一种纳米级氧化镁的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种均分散纳米氧化镁粉体的可控制备方法，属于无机非金属材料的制备领域。
背景技术：
纳米氧化镁是一种粒径介于1～100nm之间的新型高性能精细无机材料，由于其颗粒细微化而具有不同于本体材料的热、光、电、力学和化学等特殊功能，在陶瓷、搪瓷、催化、纺织、医学等领域均有广泛的用途。纳米粉体氧化镁与高聚物或其它材料复合有良好的微波吸收性能，可作为化妆品、油漆、纸张的填充材料。采用纳米氧化镁粉体，不需使用烧结助剂便可实现低温烧结，制成高致密的细晶陶瓷，可望开发出高温、高腐蚀等苛刻条件下的尖端材料。纳米氧化镁粉体还可作为氧化锆、氧化铝、氧化铁等其它纳米粒子的烧结助剂和稳定剂而获得高质量的纳米相陶瓷。
文献报道的制备纳米级氧化镁的方法相对较少，一般均为化学方法。其中比较常见的是气相法、液相法和溶胶-凝胶法。
Tokushi Kizuka(Materials Tansactions，JIM，1998，39(4)508-514)以镁金属为原料，采用化学气相氧化法，制得氯化钠型结构的纳米氧化镁。该方法制得的纳米氧化镁，粒径介于10-50nm，晶体形态较完整。El-Shall M.S.等(Journalof Physical Chemistry，1994，98(12)3067-3070)描述了激光汽化/浓缩法合成纳米粒子的新技术。这种新技术将脉冲激光汽化法的优点和散射云室中温度和压力可以控制的特点结合起来，合成了多种金属氧化物和混合金属氧化物。这种方法可以制得10-20nm的纳米氧化镁。以上两种方法设备较昂贵，生产成本高且不易工业化生产。张近、王志奎等人(功能材料，1999，30(5)557-558)以MgCl2·6H2O为原料，缓慢滴加氨水沉淀剂，采用直接沉淀法制得氢氧化镁沉淀，焙烧得到纳米氧化镁粉体。采用这种方法可以制得粒径范围在20-100nm，平均为62nm的纳米氧化镁粉体。该方法工艺条件不易控制，制得的氧化镁粉体粒径较大且分布范围较宽。张近、汪国忠等人(无机盐工业，1999，31(2)3-5)在镁盐溶液中加入尿素，在一定温度下使尿素水解缓慢地释放出OH-离子，控制沉淀剂生成速率使过饱和度限定在适当范围内，从而达到控制颗粒生长速率，均匀沉淀获得粒度均匀的前驱体，焙烧得到粒径在24-39nm，平均30nm的纳米氧化镁粉体。该方法工艺相对较简单，操作容易，可以制得粒径较小、分布均匀的纳米氧化镁粉体。但是由于尿素的水解要在密闭容器中进行，所以对反应容器有一定的压力要求，设备成本较高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术制备纳米氧化镁存在的缺点，提供一种成本低、易操作控制的纳米氧化镁粉体制备方法。
本发明是以可溶性镁盐和氢氧化钠以及可溶性碳酸盐为原料，先制得碱式碳酸镁前驱体，再经过程序升温焙烧得到粒径范围在7～100nm的纳米氧化镁粉体。
其具体制备方法包括下述步骤A.将可溶性二价镁盐配成0.1～4.0mol/L的溶液加入反应容器，室温下滴加浓度为0.1～20mol/L的氢氧化钠溶液得到白色乳液，氢氧化钠溶液的滴加量按Mg2+/OH-＝1.8～2.5∶1的摩尔比计，然后将可溶性碳酸盐按与溶液中Mg2+的摩尔比为Mg2+/CO32-＝1∶1～1.5的比例倒入反应器，升温至60℃～90℃，以600～2500转/分搅拌速度搅拌反应0.5～2h，将得到的乳液冷至室温，过滤、洗涤，于70℃～90℃干燥后即得碱式碳酸镁前驱体。
其中可溶性镁盐可以是MgCl2、MgBr2、Mg(NO3)2、MgSO4中的任何一种；可溶性碳酸盐可以是(NH4)2CO3、NH4HCO3、Na2CO3中的任何一种。
B.将上述制备的碱式碳酸镁前驱体，在550℃～950℃的温度下以5～20℃/min的升温速率焙烧1～5h，得到纳米氧化镁粉体。
所采用的反应器为常用带加热和搅拌的反应设备；所采用的焙烧设备为电加热焙烧装置，以保证焙烧过程物料不受杂质污染。
将得到的氧化镁粉体进行透射电镜(TEM)分析，结果其粒径均在7～100nm之间，且分布窄，分散性好。用BET方法测得该氧化镁粉体比表面积达46.7～160.9m2/g，用化学滴定法测得纯度达到99％以上。
本发明采用了一种简便易行的方法制备得到纳米级氧化镁，且产品制备成本低，所得产品粒径分布窄，分散性好，纯度高。该制备方法易于实现工业化生产，并可通过控制反应物浓度、配比、反应时间、前驱体焙烧条件等因素达到对粒径大小和粒度分布的可控生产。
附图1为本发明制备的纳米氧化镁样品的透射电镜照片，从图中可以看出，氧化镁粉体粒径在7～25nm之间，且分布窄，分散均匀。
具体实施例方式实施例1将浓度为1.0mol/L的MgCl2溶液加入反应容器中，室温下加入浓度为5.0mol/L的NaOH溶液(Mg2+/OH-＝1.8∶1)，得到白色乳液，然后将NH4HCO3粉末(Mg2+/CO32-＝1∶1.2)倒入反应器，升温至60℃，以搅拌速度800转/分搅拌反应2h。将得到的乳液冷至室温，洗涤至无Cl-，于70℃干燥3小时后即得碱式碳酸镁前驱体。以10℃/min的升温速率升温至550℃后焙烧1h，得到氧化镁粉体。经测定其粒径在10～20nm范围，比表面积达160.9m2/g，纯度达到99.0％。
实施例2将浓度为4.0mol/L的MgSO4溶液加入反应容器中，室温下加入浓度为20.0mol/L的NaOH溶液(Mg2+/OH-＝2.0∶1)，得到白色乳液，然后将(NH4)2CO3(Mg2+/CO32-＝1∶1.0)粉末倒入反应器，升温至70℃，以2000转/分的搅拌速度，搅拌反应30min。将得到的乳液冷至室温，洗涤至无SO42-，于80℃干燥2.5小时后即得碱式碳酸镁前驱体。以15℃/min的升温速率升温至950℃后焙烧1h，得到氧化镁粉体。经TEM测定其粒径在20～40nm范围，比表面积为35.1m2/g，纯度达到99.4％。
实施例3将浓度为0.2mol/L的Mg(NO3)2溶液加入反应容器中，室温下加入浓度为5.0mol/L的NaOH溶液(Mg2+/OH-)＝2.2∶1)，得到白色乳液，然后将NH4HCO3(Mg2+/HCO3-＝1∶1.5)粉末倒入反应器，升温至80℃，以1800转/分的搅拌速度，搅拌反应1h，。将得到的乳液冷至室温，洗涤，于90℃干燥2小时后即得碱式碳酸镁前驱体。以10℃/min的升温速率升至650℃后焙烧2h，得到氧化镁粉体。经TEM测定其粒径在16～33nm范围，比表面积达122.4m2/g，纯度达到99.5％。
实施例4将浓度为4.0mol/L的MgCl2溶液加入反应容器中，室温下加入浓度为5.0mol/L的NaOH溶液(Mg2+/OH-＝2.5∶1)，得到白色乳液，然后将Na2CO3粉末(Mg2+/CO32-＝1∶1.4)倒入反应器，升温至60℃，以1000转/分的搅拌速度搅拌反应2h。将得到的乳液冷至室温，洗涤至无Cl-，于80℃干燥3小时后即得碱式碳酸镁前驱体。以20℃/min的升温速率升至650℃焙烧1h，得到纳米氧化镁粉体。经TEM测定其粒径在15～30nm范围，比表面积达133.4m2/g，纯度达到99.1％。
权利要求
1.一种纳米级氧化镁的制备方法，其特征在于以可溶性二价镁盐、氢氧化钠和可溶性碳酸盐为原料，制得碱式碳酸镁前驱体，该前驱体经过程序升温焙烧得到粒径在7～100nm的纳米级氧化镁粉体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其具体制备过程如下A.将可溶性二价镁盐配成0.1～4.0mol/L的溶液加入反应容器，室温下滴加浓度为0.1～20mol/L的氢氧化钠溶液得到白色乳液，氢氧化钠溶液的滴加量按Mg2+/OH-＝1.8～2.5∶1的摩尔比计，然后将可溶性碳酸盐按与溶液中Mg2+的摩尔比为Mg2+/CO32-＝1∶1～1.5的比例倒入反应器，升温至60℃～90℃，以600～2500转/分搅拌速度搅拌反应0.5～2h，将得到的乳液冷至室温，过滤、洗涤，于70℃～90℃干燥后即得碱式碳酸镁前驱体；B.将步骤A制备的碱式碳酸镁前驱体，以5～20℃/min的升温速率升至550℃～950℃温度后焙烧1～5h，得到纳米氧化镁粉体。
3.根据权利要求1、2所述的制备方法，所用的可溶性镁盐可以是MgCl2、MgBr2、Mg(NO3)2、MgSO4中的任何一种；所用的可溶性碳酸盐可以是(NH4)2CO3、NH4HCO3、Na2CO3中的任何一种。
全文摘要
本发明介绍了一种纳米级氧化镁的制备方法，该方法以可溶性镁盐和氢氧化钠以及碱式碳酸镁沉淀剂为原料，先制得碱式碳酸镁前驱体，再经过程序升温焙烧得到纳米级氧化镁粉体。该方法工艺简便易行，产品制备成本低，所得产品粒径均在7～100nm之间，且分布窄，分散性好，纯度高，易于实现工业化生产，克服了以往制备方法中原料和生产成本高、工艺复杂、制得的氧化镁粒径大、分散较宽等缺点。
文档编号C01F5/24GK1508072SQ0215546
公开日2004年6月30日 申请日期2002年12月13日 优先权日2002年12月13日
发明者段雪, 林彦军, 张慧, 段 雪 申请人:北京化工大学