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一种制备纳米微米级高纯氧化镁的方法.pdf

  • 上传人:r5
  • 文档编号:4220387
  • 上传时间:2018-09-07
  • 格式:PDF
  • 页数:8
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201010514535.2

    申请日:

    2010.10.14

    公开号:

    CN102452675A

    公开日:

    2012.05.16

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情:

    授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C01F 5/02申请日:20101014|||公开

    IPC分类号:

    C01F5/02

    主分类号:

    C01F5/02

    申请人:

    中国科学院过程工程研究所

    发明人:

    李志宝; 翟坤明

    地址:

    100190 北京市海淀区中关村北二条1号

    优先权:

    专利代理机构:

    北京法思腾知识产权代理有限公司 11318

    代理人:

    高宇;杨小蓉

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    内容摘要

    本发明涉及一种制备纳米微米级高纯氧化镁的方法。所述的方法包括以下步骤:1)将氯化镁和碳酸盐溶液同时滴加到反应器中,反应温度为10~50℃,并搅拌直到滴加结束,得到乳液,将得到的乳液过滤、洗涤、干燥后得到三水碳酸镁晶体;2)将步骤1)中得的三水碳酸镁晶体以7~12℃/min的升温速率升至900~1300℃后煅烧,得到纳米微米级高纯氧化镁。其中氯化镁和碳酸盐的浓度相同为0.1~1mol/L,滴加速度为5~10r/min。本发明的优点是工艺流程简单,原料来源丰富,生产成本低,产品可控制性强通过控制反应温度、反应物浓度、溶液滴加速度、煅烧温度、保温时间等对产品的粒度进行控制,易于工业化生产。

    权利要求书

    1: 一种制备纳米微米级高纯氧化镁的方法, 其特征在于, 所述的方法包括以下步骤 : 1) 将氯化镁和碳酸盐溶液以相同的速度同时滴加到反应器中, 反应温度为 10 ~ 50℃, 并搅拌直到滴加结束, 得到乳液, 将得到的乳液过滤、 洗涤、 干燥后得到三水碳酸镁晶体 ; 2) 将步骤 1) 中得到的三水碳酸镁晶体以 7 ~ 12℃ /min 的升温速率升至 900 ~ 1300℃ 后煅烧, 得到纳米微米级高纯氧化镁。
    2: 根据权利要求 1 所述的制备纳米微米级高纯氧化镁的方法, 其特征在于, 在所述的 步骤 1) 中, 氯化镁和碳酸盐的摩尔浓度相同。
    3: 根据权利要求 2 所述的制备纳米微米级高纯氧化镁的方法, 其特征在于, 在所述的 步骤 1) 中, 氯化镁和碳酸盐的摩尔浓度为 0.1 ~ 1mol/L。
    4: 根据权利要求 1 所述的制备纳米微米级高纯氧化镁的方法, 其特征在于, 所述的步 骤 1) 中的碳酸盐为可溶性碳酸盐。
    5: 根据权利要求 1 所述的制备纳米微米级高纯氧化镁的方法, 其特征在于, 在所述的 步骤 1) 中氯化镁和碳酸盐溶液的滴加速度为 5 ~ 10r/min。
    6: 根据权利要求 1 所述的制备纳米微米级高纯氧化镁的方法, 其特征在于, 在所述的 步骤 1) 中, 所述的将乳液过滤、 洗涤后在 50℃下干燥 8h 得三水碳酸镁晶体。

    说明书


    一种制备纳米微米级高纯氧化镁的方法

        技术领域 本发明涉及无机非金属材料的制备领域, 具体地, 本发明涉及一种制备纳米微米 级高纯氧化镁的方法。
         背景技术 我国盐湖资源丰富, 其中含有大量的镁资源, 青海钾肥厂每年副产氯化镁超过 2000 万吨, 这些副产的氯化镁资源没有得到有效地利用而被外排到盐湖中, 这不仅造成资 源的巨大浪费而且会产生严重的环境问题。 因此开发出适应市场需求的高附加值的镁产品 将成为一个重要研究方向。
         纳米级氧化镁是随着纳米材料技术的发展而诞生的一种新型功能精细无机材料, 由于颗粒细小化而具有不同于本体材料的热、 电、 光、 力学和化学特性, 广泛应用于新型耐 火材料的合成、 电气绝缘材料、 高级陶瓷材料、 金属催化剂载体、 酸性气体吸附剂、 橡胶填充 剂等领域, 有着广阔的应用前景和巨大的经济潜力。
         目前文献报道的关于纳米级氧化镁的制备方法主要有液相沉淀法、 溶胶 - 凝胶 法、 醇盐水解法、 气相法、 电解法等。翟学良等人 ( 海湖与化工, 1996, 25(2) : 5-8) 以氨 水和卤水为原料, 无水乙醇为反应介质, 采用超临界干燥法制得 50 ~ 100nm 的氧化镁粉 体。这种方法操作条件要求高, 不易工业化生产。张近, 王志奎等人 ( 陕西师范大学学报, 1999(1) : 82-84) 将一定浓度的氯化镁溶液与氨水或尿素溶液混合, 在一定温度下反应生 成 Mg(OH)2 沉淀, 经过滤、 洗涤、 干燥后在 400℃左右煅烧制得纳米氧化镁。该方法的缺点是 中间产物 Mg(OH)2 过滤困难, 工艺条件不易控制。K.Chhor 等 (Materials Chemistry and Physical, 2005, 40(1) : 63-68) 将镁的螯合物在乙醇中加热分解, 得到的中间产物于 500 ~ 600 ℃进行热分解, 得到一次粒径小于 100nm 的立方晶型 MgO。该方法的缺点是在反应中 易发生不均匀成核, 原料成本高。Watari 等 (Journalof Chemical Society of Japan, 1984(6) : 1075-1076) 用镁蒸气和氧气进行气相反应制得矩形或立方形纳米氧化镁, 粒径 在 50-400nm。Ooga B.Koper 等 (Chemical Materials, 1997(11) : 2468-2480) 将甲醇镁转 化为氢氧化镁凝胶, 经超临界干燥和真空脱水得到纳米氧化镁, 该方法的缺点是工艺技术 复杂, 能耗高, 成本高。
         发明内容
         本发明的发明人针对上述制备纳米微米氧化镁存在的问题, 为了充分利用我国盐 湖氯化镁资源, 成功发明了一种原料来源丰富、 工艺流程简单, 产品可控制性强的纳米微米 级氧化镁的生产方法。
         本发明的目的在于提供一种制备纳米微米级高纯氧化镁的方法。
         本发明提出了一种利用盐湖氯化镁资源生产纳米级氧化镁的新方法, 其工艺流程 见图 1。本发明的制备纳米微米级高纯氧化镁的方法包括以下步骤 :
         1) 将氯化镁和碳酸盐溶液同时滴加到反应器中, 反应温度为 10 ~ 50℃, 并搅拌直到滴加结束, 得到乳液, 将得到的乳液过滤、 洗涤、 干燥后得到三水碳酸镁晶体 ;
         2) 将步骤 1) 中得的三水碳酸镁晶体以 7 ~ 12 ℃ /min 的升温速率升至 900 ~ 1300℃后煅烧, 得到纳米微米级高纯氧化镁。
         根据本发明制备纳米微米级高纯氧化镁的方法, 其特征在于, 所述的步骤 1) 中氯 化镁和碳酸盐的浓度相同为 0.1 ~ 1mol/L ; 所述的碳酸盐为碳酸钠、 碳酸铵或其他可溶性 碳酸盐, 氯化镁和碳酸盐溶液的滴加速度为 5 ~ 10r/min ; 所述的干燥为 50℃下干燥 8h。
         在本发明的一具体实施例中, 根据本发明的方法包括以下步骤 :
         (1) 配制 1mol/L 的 MgCl2 溶液和等摩尔浓度的碳酸盐溶液 (Na2CO3, (NH4)2CO3), 待 MSMPR 反应器中反应温度恒定后, 用蠕动泵将 MgCl2 溶液和碳酸盐溶液以相同的滴加速度 滴加到 MSMPR 反应器中, 以 300r/min 的搅拌速度搅拌直到滴加结束, 将得到的乳液过滤、 洗 涤、 50℃下干燥 8h 后即制得三水碳酸镁晶体。
         MgCl2 溶液和碳酸盐的浓度可以在 0.1 ~ 1mol/L 之间 ; 三水碳酸镁晶体的合成温 度可以在 10 ~ 50℃之间。
         (2) 将 (1) 中制得的三水碳酸镁晶体, 以 7 ~ 12 ℃ /min 的升温速率升至 900 ~ 1300℃后煅烧 1 ~ 3h, 即得到纳米级高纯氧化镁。
         本发明提出的以盐湖氯化镁资源利用为背景的制备纳米微米氧化镁的方法, 以氯 化镁溶液和可溶性碳酸盐为原料, 在 10 ~ 50℃的反应温度下合成三水碳酸镁晶体, 当温度 低于 10℃得到的为五水碳酸镁晶体, 当温度高于 50℃时得到碱式碳酸镁晶体, 得到的三水 碳酸镁晶体相比于 Mg(OH)2 更容易过滤、 分离, 工艺条件也更加简单, 以 7 ~ 12℃ /min 的升 温速率升至 900 ~ 1300℃后将三水碳酸镁煅烧 1 ~ 3h, 同时煅烧温度会影响得到的氧化镁 的粒度, 当温度高于 1300℃得到主要是微米级氧化镁, 低于 900℃得到主要是纳米级氧化 镁, 在 900 ~ 1300℃煅烧后得到的氧化镁为立方晶型, 相比煅烧氢氧化镁得到的产品具有 更好粒度和晶型, 性能也更加优越, 体现在具有更小的空隙度和比表面积, 产品更加致密通 过测定得到氧化镁的粒度分布及 SEM 图可以看出其粒度较均匀。通过 BET 方法测出制得氧 化镁样品的孔隙率在 4%以内, 比表面积在 1.76 ~ 30.37m2/g 之间。
         本发明的优点是工艺流程简单, 原料来源丰富, 生产成本低, 产品可控制性强通过 控制反应温度、 反应物浓度、 溶液滴加速度、 煅烧温度、 保温时间等对产品的粒度进行控制, 易于工业化生产, 得到的氧化镁产品粒度在 50 ~ 300nm, 纳米级氧化镁的粒度范围通常认 为在 7 ~ 100nm 之间, 因此通过本发明制备得到的 50 ~ 300nm 之间氧化镁称之为纳米微米 级氧化镁。氧化镁纯度大于 99.1%, 产品具有广泛的应用价值。 附图说明
         图 1 为利用盐湖氯化镁资源制备纳米微米氧化镁的工艺流程图 ;
         图 2 为实施例 1 中合成温度为 50℃时合成三水碳酸镁的 SEM 图 ;
         图 3 为实施例 4 中合成温度为 10℃时合成三水碳酸镁的 SEM 图 ;
         图 4 为实施例 1 中三水碳酸镁 900℃下煅烧 1h 所得氧化镁 SEM 图 ;
         图 5 为实施例 2 中三水碳酸镁 900℃下煅烧 1h 所得氧化镁 SEM 图 ;
         图 6 为实施例 3 中三水碳酸镁 900℃下煅烧 3h 所得氧化镁 SEM 图 ;
         图 7 为实施例 4 中三水碳酸镁 900℃下煅烧 3h 所得氧化镁 SEM 图 ;图 8 为实施例 5 中三水碳酸镁 1100℃下煅烧 3h 所得氧化镁 SEM 图 ; 图 9 为实施例 6 中三水碳酸镁 1300℃下煅烧 3h 所得氧化镁 SEM 图。具体实施方式
         实施例 1
         将浓度 1mol/L 的 MgCl2 溶液和浓度 1mol/L 的 Na2CO3 溶液用蠕动泵以 10r/min 的 滴加速度同时滴加到 MSMPR 结晶反应器中, 保持反应器温度为 50℃, 以 300r/min 的搅拌速 度搅拌直到反应结束。将得到的乳液冷至室温, 真空抽滤, 并用蒸馏水洗涤 2 ~ 3 次以除去 滤饼中夹带的离子, 然后将滤饼在 50℃下干燥 8h 后即得到三水碳酸镁晶体, 其 SEM 图如图 2 所示, 将三水碳酸镁晶体在马弗炉中以 7℃ /min 的升温速率升温至 900℃后煅烧 1h, 得 到氧化镁样品, 如图 4 所示, ( 此时得到氧化镁无规则形状, 可不写 )。经检测粒度在 70 ~ 2 100nm 范围, 纯度达到 99%, 比表面积为 28.62m /g。
         实施例 2
         将浓度 1mol/L 的 MgCl2 溶液和浓度 1mol/L 的 (NH4)2CO3 溶液用蠕动泵以 5r/min 的滴加速度同时滴加到 MSMPR 结晶反应器中, 保持反应器温度为 50℃, 以 300r/min 的搅拌 速度搅拌直到反应结束。将得到的乳液冷至室温, 真空抽滤, 并用蒸馏水洗涤 2 ~ 3 次以除 去滤饼中夹带的离子, 然后将滤饼在 50℃下干燥 8h 后即得到三水碳酸镁晶体。 将三水碳酸 镁晶体在马弗炉中以 7℃ /min 的升温速率升温至 900℃后煅烧 1h, 得到氧化镁样品, 如图 5 2 所示, 经检测粒度在 50 ~ 80nm 范围, 纯度达到 99.1%, 比表面积为 30.37m /g。 实施例 3
         将浓度 0.5mol/L 的 MgCl2 溶液和浓度 0.5mol/L 的 (NH4)2CO3 溶液用蠕动泵以 5r/ min 的滴加速度同时滴加到 MSMPR 结晶反应器中, 保持反应器温度为 50℃, 以 300r/min 的 搅拌速度搅拌直到反应结束。将得到的乳液冷至室温, 真空抽滤, 并用蒸馏水洗涤 2 ~ 3 次 以除去滤饼中夹带的离子, 然后将滤饼在 50℃下干燥 8h 后即得到三水碳酸镁晶体。 将三水 碳酸镁晶体在马弗炉中以 7℃ /min 的升温速率升温至 900℃后煅烧 3h, 得到氧化镁样品, 如 2 图 6 所示, 经检测粒度在 80 ~ 100nm 范围, 纯度达到 99.2%, 比表面积为 12.17m /g。
         实施例 4
         将浓度 1mol/L 的 MgCl2 溶液和浓度 1mol/L 的 (NH4)2CO3 溶液用蠕动泵以 5r/min 的滴加速度同时滴加到 MSMPR 结晶反应器中, 保持反应器温度为 10℃, 以 300r/min 的搅拌 速度搅拌直到反应结束。将得到的乳液冷至室温, 真空抽滤, 并用蒸馏水洗涤 2 ~ 3 次以除 去滤饼中夹带的离子, 然后将滤饼在 50℃下干燥 8h 后即得到三水碳酸镁晶体, 如图 3 所示, 将三水碳酸镁晶体在马弗炉中以 7℃ /min 的升温速率升温至 900℃后煅烧 3h, 得到氧化镁 样品, 如图 7 所示, 经检测粒度在 70 ~ 100nm 范围, 纯度达到 99.1%, 比表面积为 14.52m2/ g。
         实施例 5
         将浓度 1mol/L 的 MgCl2 溶液和浓度 1mol/L 的 Na2CO3 溶液用蠕动泵以 10r/min 的 滴加速度同时滴加到 MSMPR 结晶反应器中, 保持反应器温度为 40℃, 以 300r/min 的搅拌速 度搅拌直到反应结束。将得到的乳液冷至室温, 真空抽滤, 并用蒸馏水洗涤 2 ~ 3 次以除去 滤饼中夹带的离子, 然后将滤饼在 50℃下干燥 8h 后即得到三水碳酸镁晶体。 将三水碳酸镁
         晶体在马弗炉中以 9℃ /min 的升温速率升温至 1100℃后煅烧 3h, 得到氧化镁样品, 如图 8 所示, 得到的氧化镁为立方晶型。经检测粒度在 150 ~ 250nm 范围, 纯度达到 99.3%, 比表 2 面积为 4.78m /g。
         实施例 6
         将浓度 1mol/L 的 MgCl2 溶液和浓度 1mol/L 的 Na2CO3 溶液用蠕动泵以 5r/min 的 滴加速度同时滴加到 MSMPR 结晶反应器中, 保持反应器温度为 50℃, 以 300r/min 的搅拌速 度搅拌直到反应结束。将得到的乳液冷至室温, 真空抽滤, 并用蒸馏水洗涤 2 ~ 3 次以除去 滤饼中夹带的离子, 然后将滤饼在 50℃下干燥 8h 后即得到三水碳酸镁晶体。 将三水碳酸镁 晶体在马弗炉中以 12℃ /min 的升温速率升温至 1300℃后煅烧 3h, 得到氧化镁样品, 如图 9 所示, 得到的氧化镁为立方晶型。经检测粒度在 200 ~ 300nm 范围, 纯度达到 99.4%, 比表 2 面积为 1.76m /g。

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    一种 制备 纳米 微米 高纯 氧化镁 方法
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