专利名称：一种制备疏松型针状氢氧化镁纳米粒子的方法
技术领域：
本发明涉及一种针状氢氧化镁纳米粒子的制备方法。
背景技术：
随着科技的进步，纳米氢氧化镁的应用越来越广泛，主要表现一下几个方面作为阻燃剂，制备纳米氧化镁的前驱体，保鲜剂与食品添加剂，酸碱中和剂与烟气脱硫剂，重金属脱除剂；此外，纳米氢氧化镁可以作为油田新型泥浆材料的配合成分，还可应用于医疗化妆品、巻烟纸抑烟涂层，以及磁性材料加工等方面。但目前纳米氢氧化镁的生产和应用主要存在以下问题在制备过程中的干燥阶段出现纳米粒子二次长大问题，在制备成粉体后的易团聚问题，在聚合物加工过程中纳米粒子的分散性问题，以及纳米粒子在聚合物的易迁移等问题，这些问题是目前制约纳米氢氧化镁工业化的主要障碍。
为此，国内外科研工作者对其进行了积极研究力图实现工业化。公开号为CN1359853A的"针状或薄片状纳米氢氧化镁及制备方法"能够合成短轴方向为3 6nm、长轴方向为50 100nm的针状材料，但其反应时滴加料液需要缓慢进行，且由于采用的反应装置比较特殊，工业化比较困难。公开号为CN1869154A的"一种疏水性超细纳米级阻燃剂氢氧化镁的制取方法"能制得直径7 12nm,长度为50 100nm，但是合成与改性分开，使得成本加大，且由于反应装置不能连续反应，难以实现工业化。CN101219801A的纳米阻燃级氢氧化镁制备方法，能够制备10 20nm针状氢氧化镁，但是，这种反应器来自分子束反应器，当镁盐溶液和碱液喷射流较大时，将达不到微观混合均匀，将出现产品的粒径和形态分布不均匀，难实现工业规模生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种疏松型针状氢氧化镁纳米粒子的制备方法。
本发明的技术方案是通过以下途径实现的，具体制备步骤如下第一步，将镁的可溶性金属盐配成O. 1 4咖1/1的盐溶液；
第二步，按沉降剂的摩尔浓度与第一步中盐溶液中金属离子摩尔浓度之比为1 3: l进行定量配制；
第三步，包覆剂的浓度配成O. 01 0. 2mol/l的溶液；
第四步，在通气的条件下，将第一、二、三步得到的溶液同时并流加入到反应器中进行反应，温度控制在10 25'C;第五步，反应后，用搅拌器在料筒内进行强力搅拌，经过包覆改性的粒子可以吸附大量的气体，停止搅拌后，泡沫状的生成物在很短时间内可浮到水面，然后在温度为10 25"C下
静置陈化8 14小时；
第六步，洗涤时，首先将料桶内漂浮的粒子下面的溶液排尽，然后倒入去离子水或蒸馏
水进行搅拌，搅拌15 30分钟后静置排液，包覆粒子在几分钟内便可漂浮到液体的表层，而下层则是透明的水溶液，如此循环3 5次，之后抽滤，将滤饼在75 10(TC真空干燥8 24小时。
该方法制备纳米粒子的优点如下设备简单、工艺简单，易操作；设备小、占地小、成本低、设备维修方便；可连续式生产，整个生产过程绿色环保，并无噪音污染；独特的自下而上的进料模式和"散开-上流-聚集；散开-上流-聚集…"循环反应模式，使得剪切充分、反应充分、包覆充分；该反应模式和工艺模式能很好地避免干燥过程中纳米粒子的二次张大现象。
具体实施例方式
下面具体描述本发明的具体实施方式
。本发明的具体制备步骤如下
第一步，将镁的可溶性金属盐配成O. 1 4mol/l的盐溶液；
第二步，按沉降剂的摩尔浓度与第一步中盐溶液中金属离子摩尔浓度之比为1 3: l进行定量配制；
第三步，包覆剂的浓度配成O. 01 0. 2mol/l的溶液；
第四步，在通气的条件下，将第一、二、三步得到的溶液同时并流加入到反应器中进行反应，温度控制在10 25'C;
第五步，反应后，用搅拌器在料筒内进行强力搅拌，经过包覆改性的粒子可以吸附大量的气体，停止搅拌后，泡沫状的生成物在很短时间内可浮到水面，然后在温度为10 25'C下静置陈化8 14小时；
第六步，洗涤时，首先将料桶内漂浮的粒子下面的溶液排尽，然后倒入去离子水或蒸馏水进行搅拌，搅拌15 30分钟后静置排液，包覆粒子在几分钟内便可漂浮到液体的表层，而下层则是透明的水溶液，如此循环3 5次，之后抽滤，将滤饼在75 10(TC真空干燥8 24小时。
第一步中的镁盐为可采用氯化镁、硫酸镁、硝酸镁；第二步中的沉降剂可采用NH3'H20、 NaOH、 KOH、 Ca(OH)2;
第三步中的包覆剂可采用脂肪酸、不饱和脂肪酸、聚不饱和酸及其盐，硅酸酯或离子型和非离子型表面活性剂；
第四步中通入的气体为氮气、氨气或空气。
本发明是利用一种常温下制备纳米粒子反应器(申请号200820210914.0)所产生的复合剪切力场的复合剪切作用以及表面活性剂的原位包覆作用以及后期的特殊的陈化过程、洗涤、干燥过程来制备疏松的粒度分布均匀的针状纳米粉体。所谓复合剪切力场是指由多个反应室组成的反应器中，就其中一个反应室内的剪切力场而言是由特殊的叶轮状搅拌器搅拌时产生机械力场、由该搅拌器高速旋转时产生的流体力场和在通气的情况下形成的气体力场所组成；在空间结构上由垂直方向上多个反应室所具有类似的剪切力场叠加而成，故称为复合剪切力场。
反应过程是在具有可产生较强的机械力、流体力、气体力为复合力场的具有多反应室的反应器中反应，生成针状氢氧化镁的纳米粒子；独特的多反应室结构和反应室间的挡板以及挡板的小孔结构，在搅拌器高速搅拌下，使得流体呈"散开-上流-聚集；散开-上流-聚集…"自下而上的循环反应模式，不仅相对延长了流体(包括气体和液体)在反应室内的有效反应的路径，从而限制了流体流出的速度，而且在机械力产生的机械力化学和流体力产生的流体力化学的作用下使得剪切充分、反应充分、包覆充分；生成的粒子在复合剪切力场和改性剂的作用下，颗粒进一步细化均匀，并原位包覆改性。
实施例一
(一) 配料
1、 油酸5g加入到150ml去离子水中，加入0.83g氢氧化钠对其进行中和，配成镁的可溶性金属盐；
2、 MgCl2 6H20 170g加入到350ml去离子水中，配成沉降剂；
3、 NaOH67g加入到350ml去离子水中配成包覆剂。
(二) 实验步骤
启动搅拌器，将上述三种液体同时加入到反应器中，同时通入氮气开始反应，当反应液充满反应器时开始溢出，流入到底部带有排水系统的料筒内。用水稀释后，用自制的搅拌器进行搅拌15 30分钟，静置8 14小时，排液过滤洗涤3 5次，80 100'C干燥8 14小时出料，即得针状纳米氢氧化镁粉体。由透射电镜图片可知，该纳米粉体粒子呈针状，尺寸大小宽约5 IO纳米，长约80 120纳米且分散性较好；XRD数据显示晶型完好。
实施例二(一)配料
1、油酸10g加入到300ml去离子水中，加入1.66g氢氧化钠对其进行中和，配成镁的可溶性金属盐；
2、 MgCl2 6H2O 340g加入到700ml去离子水中，配成沉降剂；
3、 NaOH 134g加入到700ml去离子水中配成包覆剂。
(二)实验步骤
启动搅拌器，将上述三种液体同时加入到反应器中，同时通入氮气开始反应，当反应液充满反应器时开始溢出，流入到底部带有排水系统的料筒内(自制)。用水稀释后，用自制的搅拌器进行搅拌15 30分钟，静置8 14小时，排液过滤洗涤3 5次，80 10(TC干燥8 14小时出料，即得针状纳米氢氧化镁粉体。由透射电镜图片可知，该纳米粉体粒子呈针状，尺寸大小宽约6 8纳米，长约60 80纳米且分散性较好；XRD数据显示晶型完好。
实施例三
(一) 配料
1、 油酸15g加入到500ml去离子水中，加入2.48g氢氧化钠对其进行中和，配成镁的可溶性金属盐；
2、 MgCL2 6H20 508 g加入到1000ml去离子水中，配成沉降剂；
3、 NaOH200g加入到1000ml去离子水中配成包覆剂。
(二) 实验步骤
启动搅拌器，将上述三种液体同时加入到反应器中，同时通入氮气开始反应，当反应液充满反应器时开始溢出，流入到底部带有排水系统的料筒内(自制)。用水稀释后，用自制的搅拌器进行搅拌15 30分钟，静置8 14小时，排液过滤洗涤3 5次，80 100干燥8 14小时出料，即得针状纳米氢氧化镁粉体。由透射电镜图片可知，该纳米粉体粒子呈针状，尺寸大小宽约3 4纳米，长约50 60纳米；XRD数据显示晶型完好。
权利要求
1、一种制备疏松型针状氢氧化镁纳米粒子的方法，其特征在于所述的具体制备步骤如下第一步，将镁的可溶性金属盐配成0.1～4mol/l的盐溶液；第二步，按沉降剂的摩尔浓度与第一步中盐溶液中金属离子摩尔浓度之比为1～3∶1进行定量配制；第三步，包覆剂的浓度配成0.01～0.2mol/l的溶液；第四步，在通气的条件下，将第一、二、三步得到的溶液同时并流加入到反应器中进行反应，温度控制在10～25℃；第五步，反应后，用搅拌器在料筒内进行强力搅拌，经过包覆改性的粒子可以吸附大量的气体，停止搅拌后，泡沫状的生成物在很短时间内可浮到水面，然后在温度为10～25℃下静置陈化8～14小时；第六步，洗涤时，首先将料桶内漂浮的粒子下面的溶液排尽，然后倒入去离子水或蒸馏水进行搅拌，搅拌15～30分钟后静置排液，包覆粒子在几分钟内便可漂浮到液体的表层，而下层则是透明的水溶液，如此循环3～5次，之后抽滤，将滤饼在75～100℃真空干燥8～24小时。
2、 根据权利要求l所述的一种制备疏松型针状氢氧化镁纳米粒子的方法，其特征在于所 述的第一步中的镁盐为可采用氯化镁、硫酸镁、硝酸镁。
3、 根据权利要求l所述的一种制备疏松型针状氢氧化镁纳米粒子的方法，其特征在于所 述的第二步中的沉降剂可采用NH3 H20、 NaOH、 KOH、 Ca(OH)2。
4、 根据权利要求l所述的一种制备疏松型针状氢氧化镁纳米粒子的方法，其特征在于所 述的第三步中的包覆剂可采用脂肪酸、不饱和脂肪酸、聚不饱和酸及其盐，硅酸酯或离子型 和非离子型表面活性剂。
5、 根据权利要求l所述的一种制备疏松型针状氢氧化镁纳米粒子的方法，其特征在于所 述的第四步中通入的气体可为氮气、氨气或空气。
全文摘要
本发明涉及一种针状氢氧化镁纳米粒子的制备方法。具体步骤第一步，将镁的可溶性金属盐配成0.1～4mol/l的溶液；第二步，按沉降剂的摩尔浓度与第一步中盐溶液中金属离子摩尔浓度之比为1～3∶1进行配制；第三步，包覆剂的浓度配成0.01～0.2mol/l的溶液；第四步，在通气的条件下将一、二、三步得到的溶液同时加入到反应器中，温度控制在10～25℃；第五步，用搅拌器在料筒内进行强力搅拌，停止搅拌后，泡沫状的生成物在很短时间内可浮到水面，在温度为10～25℃下静置陈化8～14小时；第六步，洗涤时，将料桶内漂浮的粒子下面的溶液排尽，然后倒入去离子水或蒸馏水进行搅拌15～30分钟后静置排液，包覆粒子在几分钟内便可漂浮到液体的表层，而下层则是透明的水溶液，如此循环3～5次，之后抽滤，将滤饼在75～100℃真空干燥8～24小时。本发明具有设备、工艺简单，易操作；设备小、占地小、成本低、维修方便；可连续式生产，生产过程绿色环保的优点。
文档编号C01F5/22GK101549877SQ20091004337
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月13日 优先权日2009年5月13日
发明者刘跃军, 阙永生 申请人:湖南工业大学