一种超低堆密度氧化镁的制备方法
【专利摘要】一种超低堆密度氧化镁的制备方法，涉及纳米氧化镁。配制可溶性镁盐水溶液和氢氧化钠水溶液；将可溶性镁盐水溶液在搅拌下以恒定速度加入氢氧化钠水溶液中；反应结束后，将得到的白色沉淀洗涤、离心或过滤、有机溶剂浸泡、护孔干燥；将干燥后的超低堆密度氢氧化镁白色粉末焙烧，得到超低密度氧化镁。制备的超低堆密度氧化镁，其堆密度小于0.1g/ml，尤其小于0.04g/ml。适合作为吸附剂、催化剂以及催化剂载体，可用于无机阻燃剂、环保中烟气脱硫、废水处理中脱铵脱磷等，且在酸雨土壤治理、食品与饲料添加剂、油品添加剂、农用镁肥、卷烟纸抑烟涂层以及生物和医药制剂方面，在陶瓷、油漆、医学、微电子学等领域有广阔的应用前景。
【专利说明】一种超低堆密度氧化镁的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米氧化镁，尤其是涉及一种超低堆密度氧化镁的制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米氧化镁是一种新型多功能无机材料，由于其颗粒细化而具有不同于本体材料的热、光、电、力学和化学方面的特殊功能。纳米氧化镁因具有介电常数低、热膨胀系数高的性能，使其在微波和光电纳米元器件制造中具有重要的应用价值。氧化镁因呈弱碱性，被广泛用作催化剂和载体。同时，由于氧化镁表面存在大量缺陷、边、角、台阶等活性位使其可以作为有毒有害气体和金属离子及含氯、磷等化合物的吸附剂。氧化镁的低温烧结性好的特性使其可以作为高档陶瓷的烧结助剂和稳定剂。
[0003]和常规方法制备的氧化镁相比，超低堆密度氧化镁在溶液中分散性更好，具有更多的有效接触面积，从而表面活性更高，催化和吸附性能更强。关于氧化镁的干燥方法，常用的是真空干燥，其最大的缺点在于样品易结块，研磨后产品粒径不均匀，影响了氧化镁的各项性能。李春虎等【李春虎，赵九生，王大祥等.纳米MgO和MgA1204尖晶石的制备与表征[J].无机材料学报，1996，11 (3):557 - 560】利用超临界乙醇干燥技术制备了堆密度为0.2085g/ml的纳米氧化镁，但其粒径大小分布不均，结构松散。刘晓明等【刘晓明，岳岩君，周迎春，宋艳玲.溶胶-凝胶法制备纳米氧化镁[J]，辽宁化工，2005，34 (9):380 - 381】利用流动氮气干燥法干燥氢氧化镁醇凝胶，经焙烧后得到了粒径较小纳米氧化镁，干燥时间5h,关于粒径大小和堆密度具体数值未报道。Suchada Utamapanya等【SuchadaUtamapanya, Kenneth J.Klabunde, John R.Schlup, Chem.Mater., 1991, 3, 175 - 181】利用甲醇镁为前驱体，使其在甲醇-甲苯的混合溶剂中水解，然后将溶剂加热到超临界状态，放气后得到干燥样品，经煅烧得到了氧化镁。这种方法操作过程比较复杂，需要在265°C的高温下进行。王宝和等【王宝和，于才渊，张文博，张伟.均匀沉淀-超临界二氧化碳干燥法制备纳米氧化镁的方法，中国，`CN1597520，2005】以尿素、镁盐在聚乙二醇、十二烷基磺酸钠等作为分散剂下沉淀，并经过超临界二氧化碳干燥制备了纳米氧化镁。
[0004]在文献和专利中至今未见关于制备超低堆密度氧化镁的相关报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种超低堆密度氧化镁的制备方法。
[0006]本发明包括如下步骤:
[0007]I)配制可溶性镁盐水溶液和氢氧化钠水溶液；
[0008]2)将可溶性镁盐水溶液在搅拌下以恒定速度加入氢氧化钠水溶液中；
[0009]3)反应结束后，将得到的白色沉淀洗涤、离心或过滤、有机溶剂浸泡、护孔干燥；
[0010]4)将干燥后的超低堆密度氢氧化镁白色粉末焙烧,得到超低密度氧化镁。
[0011]在步骤I)中，所述可溶性镁盐可选自硝酸镁、氯化镁、硫酸镁等中的任意一种；所述可溶性镁盐水溶液的浓度可为0.1~2.0mol/L，优选0.5mol/L ;所述氢氧化钠水溶液的温度在25~100°C之间，氢氧化钠水溶液的浓度可为0.2~4.0mol/L，优选1.0mol/L。
[0012]在步骤2)中，所述搅拌的速度可为100~600r/min,优选400r/min ;所述加入氢氧化钠水溶液中的设备可采用注射泵或其它相当的设备，所述注射泵的注射针头直径可为0.45~4mm,优选1.2mm ;所述加入氢氧化钠水溶液中的速度可为50~400ml/h,优选200ml/h，反应体系的pH可为11~12。
[0013]在步骤3)中，所述有机溶剂可选自甲醇、乙醇、异丙醇等中的一种，优选乙醇；所述护孔干燥可采用真空干燥、冷冻干燥、喷雾干燥或超临界干燥等，所述超临界干燥优选超临界二氧化碳干燥，所述超临界二氧化碳干燥过程中的温度可为35~80°C，优选60°C，压力为8~30MPa，优选15MPa，干燥时间为0.5~3h，优选lh。
[0014]在步骤4)中，所述干燥后的超低堆密度氢氧化镁白色粉末，其堆密度小于其堆密度小于0.lg/ml，尤其小于0.04g/ml ;所述焙烧，可将氢氧化镁白色粉末在马弗炉中焙烧得到超低堆密度氢氧化镁，焙烧的温度可为500~900°C，优选600°C。
[0015]本发明制备的超低堆密度氧化镁，其堆密度小于0.lg/ml，尤其小于0.04g/ml。
[0016]本发明以水为溶剂，以可溶性镁盐作为镁源，氢氧化钠为沉淀剂。
[0017]本发明制备的超低堆密度的氧化镁适合作为吸附剂、催化剂以及催化剂载体，可用于无机阻燃剂、环保中烟气脱硫、废水处理中脱铵脱磷等，并且在酸雨土壤治理、食品与饲料添加剂、油品添加剂、农用镁肥、卷烟纸抑烟涂层以及生物和医药制剂方面均有不同程度的应用，也可用作催化剂或者催化剂载体，并且在陶瓷、油漆、医学、微电子学等领域有广阔的应用前景。
[0018]本发明具有以下优点:(1)本发明采用廉价易得的原料，不需要添加模板剂；(2)过程采用注射泵或相关设备控制，用其流速达到方便控制PH值的目的，而无需再额外加酸碱试剂，获取合适的制备条件；(3)所制备`的氧化镁和氢氧化镁不结块，堆密度极低，尚未有文献公开报道这么低堆密度的氧化镁和氢氧化镁。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明中实施例1得到的氢氧化镁的XRD谱图及其焙烧后得到的氧化镁的XRD谱图。
[0020]图2为本发明实施例1制备的超低堆密度氧化镁的透射电镜照片。
[0021]图3为本发明实施例1制备的超低堆密度氧化镁的透射电镜局部照片。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0023]实施例1
[0024]配制0.5mol/L的硝酸镁水溶液，lmol/L的氢氧化钠溶液，室温下，用注射泵以50ml/h速度将硝酸镁溶液滴加到氢氧化钠溶液中，搅拌速度为500r/min.将得到的白色沉淀用去离子水洗净，离心，将离心所得白色沉淀用乙醇洗两遍，然后将所得沉淀的乙醇匀浆加入超临界干燥釜中，将釜加热到60°C，然后通入超临界二氧化碳，维持釜内压力为15MPa，打开放气阀，调节CCV流量为15L/h，运行lh，取出所得氢氧化镁白色粉末，其堆密度为0.0327g/ml。将所得白色粉末焙烧，得到氧化镁粉末其堆密度为0.0342g/ml。[0025]实施例2
[0026]配制0.5mol/L的硝酸镁水溶液,lmol/L的氢氧化钠溶液,取50ml氢氧化钠溶液水浴加热至100°C，用注射泵以200ml/h速度将硝酸镁溶液滴加到氢氧化钠溶液中，搅拌速度为500r/min，将得到的白色沉淀用去离子水洗净，离心，将离心所得白色沉淀用乙醇洗两遍，然后将所得沉淀的乙醇匀浆加入超临界干燥釜中，将釜加热到60°C，然后通入超临界二氧化碳，维持釜内压力为15MPa，打开放气阀，调节CCV流量为30L/h，运行lh，取出所得氢氧化镁白色粉末，其堆密度为0.0244g/ml。将所得白色粉末焙烧，得到氧化镁，其堆密度为0.0284g/ml。
[0027]实施例3
[0028]配制1.0mol/L的氯化镁水溶液,2.0mol/L的氢氧化钠溶液,取25ml氢氧化钠溶液水浴加热至100°c，用注射泵以400ml/h速度将硝酸镁溶液滴加到氢氧化钠溶液中，搅拌速度为500r/min，将得到的白色沉淀用去离子水洗净，离心，将离心所得白色沉淀用乙醇洗两遍，然后将所得沉淀的乙醇匀浆加入超临界干燥釜中，将釜加热到60°C，然后通入超临界二氧化碳，维持釜内压力为15MPa，打开放气阀，调节CO2流量为30L/h，运行1.5h，取出所得氢氧化镁白色粉末，其堆密度为0.0335g/ml。将所得白色粉末焙烧，得到氧化镁，其堆密度为0.0363g/ml。
[0029]实施例4
[0030]配制0.5mol/L的硝酸镁水溶液,lmol/L的氢氧化钠溶液,取50ml氢氧化钠溶液水浴加热至100°c，用注射泵以200ml/h速度将硝酸镁溶液滴加到氢氧化钠溶液中，搅拌速度为500r/min，将得到的白色沉淀用去离子水洗净，离心，将离心所得白色沉淀用乙醇洗两遍，然后将所得沉淀的乙醇匀浆加入超临界干燥釜中，将釜加热到60°C，然后通入超临界二氧化碳，维持釜内压力为15MPa，打开放气阀，调节CO2流量为40L/h，运行1.5h，取出所得氢氧化镁白色粉末，其堆密度为0.0314g/ml。将所得白色粉末焙烧，得到氧化镁，其堆密度为0.0336g/ml。
`[0031]实施例5
[0032]配制0.5mol/L的硝酸镁水溶液，lmol/L的氢氧化钠溶液,取50ml氢氧化钠溶液水浴加热至100°c，用注射泵以200ml/h速度将硝酸镁溶液滴加到氢氧化钠溶液中，搅拌速度为500r/min，将得到的白色沉淀用去离子水洗净，离心，将离心所得白色沉淀用乙醇洗两遍，然后将所得沉淀的乙醇匀浆加入超临界干燥釜中，将釜加热到60°C，然后通入超临界二氧化碳，维持釜内压力为15MPa，打开放气阀，调节CCV流量为60L/h，运行2h，取出所得氢氧化镁白色粉末，其堆密度为0.0164g/ml。将所得白色粉末焙烧，得到氧化镁，其堆密度为
0.0171g/ml。
[0033]实施例6
[0034]配制0.5mol/L的硝酸镁水溶液,lmol/L的氢氧化钠溶液,取50ml氢氧化钠溶液水浴加热至75°C，用注射泵以400ml/h速度将硝酸镁溶液滴加到氢氧化钠溶液中，搅拌速度为500r/min,将得到的白色沉淀用去离子水洗净，离心，将离心所得白色沉淀用乙醇洗两遍，然后将所得沉淀的乙醇匀浆加入超临界干燥釜中，将釜加热到60°C，然后通入超临界二氧化碳，维持釜内压力为15MPa，打开放气阀，调节CCV流量为60L/h，运行1.5h，取出所得氢氧化镁白色粉末，其堆密度为0.0235g/ml。将所得白色粉末焙烧，得到氧化镁，其堆密度为0.0262g/ml。
【权利要求】
1.一种超低堆密度氧化镁的制备方法，其特征在于包括如下步骤: 1)配制可溶性镁盐水溶液和氢氧化钠水溶液； 2)将可溶性镁盐水溶液在搅拌下以恒定速度加入氢氧化钠水溶液中； 3)反应结束后，将得到的白色沉淀洗涤、离心或过滤、有机溶剂浸泡、护孔干燥； 4)将干燥后的超低堆密度氢氧化镁白色粉末焙烧,得到超低密度氧化镁。
2.如权利要求1所述一种超低堆密度氧化镁的制备方法，其特征在于在步骤I)中，所述可溶性镁盐选自硝酸镁、氯化镁、硫酸镁中的任意一种。
3.如权利要求1所述一种超低堆密度氧化镁的制备方法，其特征在于在步骤I)中，所述可溶性镁盐水溶液的浓度为0.1~2.0mol/L，优选0.5mol/L ;所述氢氧化钠水溶液的温度在25~100°C之间，氢氧化钠水溶液的浓度可为0.2~4.0mol/L，优选1.0mol/L。
4.如权利要求1所述一种超低堆密度氧化镁的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述搅拌的速度为100~600r/min,优选400r/min。
5.如权利要求1所述一种超低堆密度氧化镁的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述加入氢氧化钠水溶液中的设备采用注射泵，所述注射泵的注射针头直径可为0.45~4mm,优选1.2mm ;所述加入氢氧化钠水溶液中的速度可为50~400ml/h,优选200ml/h,反应体系的pH可为11~12。
6.如权利要求 1所述一种超低堆密度氧化镁的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇中的一种，优选乙醇。
7.如权利要求1所述一种超低堆密度氧化镁的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述护孔干燥采用真空干燥、冷冻干燥、喷雾干燥或超临界干燥，所述超临界干燥优选超临界二氧化碳干燥，所述超临界二氧化碳干燥过程中的温度可为35~80°C，优选60°C，压力为8~30MPa，优选15MPa，干燥时间为0.5~3h，优选lh。
8.如权利要求1所述一种超低堆密度氧化镁的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述干燥后的超低堆密度氢氧化镁白色粉末，其堆密度小于其堆密度小于0.lg/ml，尤其小于0.04g/ml。
9.如权利要求1所述一种超低堆密度氧化镁的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述焙烧，是将氢氧化镁白色粉末在马弗炉中焙烧得到超低堆密度氢氧化镁，焙烧的温度可为 500 ~900°C，优选 600°C。
10.如权利要求1~9任一所述制备方法所制备的超低堆密度氧化镁。
【文档编号】C01F5/02GK103803591SQ201310733876
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】李军, 张登, 王宏涛, 苏玉忠, 洪燕珍 申请人:厦门大学