超細(xì)粉體氧化鎂的合成

超細(xì)粉體氧化鎂的合成由于超細(xì)粉體材料具有特殊的性能，因此進(jìn)入21世紀(jì)以后，超細(xì)粉體材料的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，機(jī)械領(lǐng)域約占40.3%、熱能領(lǐng)域占34.6%、電磁領(lǐng)域占12.9%、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域占8.9%、光學(xué)領(lǐng)域占2.4%、其它方面占0.9%方面占0.9%。目前對(duì)于超細(xì)粉體尚無(wú)一個(gè)嚴(yán)格的定義，從幾納米至幾十微米的粉體統(tǒng)稱(chēng)為超細(xì)粉體。各行業(yè)由于超細(xì)粉體的用途和制備方法不同，對(duì)超細(xì)粉體有不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)。但無(wú)論怎么劃分，理想的超細(xì)粉體應(yīng)具有以下特點(diǎn)：1）粒子盡量小；2）粒徑分布范圍窄；3）無(wú)團(tuán)聚；4）粒子盡量為球形；5）化學(xué)成分均一等。當(dāng)今，各國(guó)都投入大量人力、物力，對(duì)超細(xì)粉體進(jìn)行廣泛、深入的研究，特別是在應(yīng)用領(lǐng)域。在日、美等國(guó)，一些常用的超細(xì)原料如欽酸鋇、氧化錯(cuò)、氧化鋁等已商品化。國(guó)際市場(chǎng)超細(xì)粉體有些已進(jìn)入工業(yè)鋁等已商品化。。國(guó)際市場(chǎng)超細(xì)粉體有些已進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。一些國(guó)際著名的化學(xué)公司紛紛發(fā)展超細(xì)粉體工業(yè)。在德國(guó)、美國(guó)和日本已出現(xiàn)了超細(xì)粉體材粉體工業(yè)。在德國(guó)、美國(guó)和日本已出現(xiàn)了超細(xì)粉體材料專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)公司。我國(guó)20世紀(jì)80年代才陸續(xù)有超細(xì)粉體研究的報(bào)道，超細(xì)粉體材料在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用將有較大的發(fā)展，我國(guó)已建立了一些超細(xì)粉體材料專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠，有的產(chǎn)品如鋁粉已形成了生產(chǎn)規(guī)模，氧化鋯、碳酸鈣、氧化鈦、氧化硅等已有一定的生產(chǎn)規(guī)模。近10年來(lái)，我國(guó)引進(jìn)了一批高新技術(shù)，但與之相配套的超細(xì)粉體材料有些還要依賴進(jìn)口。預(yù)計(jì)20103年國(guó)內(nèi)外對(duì)超細(xì)粉體材料的需求量約為5.2萬(wàn)t，因此，超細(xì)粉體作為一種新材料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，特別是一些高科技領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。超細(xì)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、紙張的填充陶瓷，可望開(kāi)發(fā)為高溫、高腐蝕等苛刻條件下的材料。采用超細(xì)粉體氧化鎂,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)品尖端材料。超細(xì)粉體氧化鎂還可作為氧化鋯、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。所見(jiàn)超細(xì)氧化鎂合成的報(bào)道有氣相法和金屬醇鹽法，前者設(shè)備及技術(shù)要求高，后者原料成本高、工藝復(fù)雜。直接沉淀法操作簡(jiǎn)便，原料易得,生產(chǎn)成本低,產(chǎn)物純度高,是一種易于工業(yè)化的合成方法。本文介紹直接沉淀法合成超細(xì)粉體氧化鎂的原理、方法、最佳工藝條件及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能。1實(shí)驗(yàn)部分1.1試劑與儀器試劑:西安化學(xué)試劑廠生產(chǎn)的MgCl2-6H2O和NH3-H2O分析純?cè)噭?。儀器:美國(guó)P.E.的TGA7熱重分析儀和DCS7差示掃描量熱儀;日本理學(xué)D/max-IIICx-射線衍射儀;日本日立H-600透射電子顯微鏡。1.2方法與流程直接沉淀法是在含有一種或多種離子的可溶性鹽溶液中加入沉淀劑，于一定條件下生成沉淀從溶液中析出,經(jīng)熱分解獲得產(chǎn)品。本實(shí)驗(yàn)先將MgCl2-6H2O配成適當(dāng)濃度的溶液，在一定溫度和充分?jǐn)嚢钘l件下滴加適量沉淀劑NH3-H2O,待反應(yīng)完全后過(guò)濾、洗滌至無(wú)Cl-(用酸化了的AgNO3檢驗(yàn)),Mg(OH)2沉淀經(jīng)真空干燥脫去吸附水,煅燒后制得超細(xì)粉體MgO。1.3產(chǎn)品性能表征干燥后的Mg(OH)2粉體進(jìn)行熱重(TG)和差示掃描量熱(DSC)分析,了解分解過(guò)程中反應(yīng)進(jìn)程,煅燒后MgO粉體用x-射線衍射(XRD)分析鑒定相組成，用透射電鏡(TEM)觀察粒子形態(tài)及大小。才能避免反應(yīng)器中過(guò)飽合度的非均勻性，使產(chǎn)品形態(tài)盡可能一致。進(jìn)料和混合方式應(yīng)以達(dá)到這一要求為目的，緩慢滴加NH3-H2O并充分地?cái)嚢琛?結(jié)果及討論2.1反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)品的影響2.1.1加料及攪拌方式的影響超細(xì)粉體制備過(guò)程是新相的形成及生長(zhǎng)過(guò)程。保證瞬間達(dá)到分子級(jí)的均勻即實(shí)現(xiàn)微觀混合才能避免反應(yīng)器中過(guò)飽合度的非均勻性，使產(chǎn)品形態(tài)盡可能一致。進(jìn)料和混合方式應(yīng)以達(dá)到這一要求為目的，緩慢滴加NH3-H2O并充分地?cái)嚢琛?.1.2反應(yīng)物配比的影響以一定的MgCl2溶液濃度為基準(zhǔn),尋找與NH3-H2O的最佳配比。按化學(xué)反應(yīng),理論摩爾比為1：2,考慮到NH3-H2O為弱堿(Kb,25°=1.77X10-5),Mg(OH)2的溶度積又較大(Ksp,25°=5.61X10-12,NH3-H2O必須過(guò)量，選擇1：4,1：6,1：8,1：10的配比，在其它條件一定下分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。由MgO收率與反應(yīng)物配比曲線知,配比為1:8時(shí)收率較高且消耗NH3-H2O量少，故為最佳配比。2.1.3反應(yīng)溫度的影響反應(yīng)溫度直接影響原料的利用率、成品的產(chǎn)量質(zhì)量和過(guò)濾性能。溫度過(guò)低，溶液形成不了一定的過(guò)飽合度,反應(yīng)亦不完全;溫度過(guò)高，會(huì)造成料漿粘稠、濾餅中夾帶母液量大,使過(guò)濾洗滌困難,產(chǎn)品質(zhì)量下降。另外，過(guò)高溫度也會(huì)使NH3-H2O損失量加大。在室溫全70°C的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(圖4所示)，此范圍內(nèi)MgO粒子大小并無(wú)明顯區(qū)別，而50°C時(shí)收率最大,作為最佳反應(yīng)溫度。2.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能表征2.2.1熱重和差示掃描量熱分析從DSC圖中曲線知，在300°C?420°C溫區(qū)有一寬的吸熱峰，相應(yīng)TG曲線上有一失重臺(tái)階，這說(shuō)明Mg(OH)2分解主要發(fā)生在這一階段。初始分解溫度約為310C,350C分解最快,400C下幾乎完全分解。2.2.2X-射線衍射分析從超細(xì)粉體MgO的x-射線衍射圖看出，產(chǎn)品的衍射峰相當(dāng)尖銳，說(shuō)明結(jié)品性良好。其d值與標(biāo)準(zhǔn)衍射卡4-829完全一致，證明它為立方晶系結(jié)構(gòu)MgO,并且純度很高。2.2.3透射電鏡分析本法制得的超細(xì)粉MgO分散性良好,粒徑在20?100nm之間，平均粒徑62nm，粒子外形以球形為主。3結(jié)論⑴以MgCl26H2O和NH3H2O為原料，采用直接沉淀法可以合成平均粒徑62nm,呈球狀，立