纳米氧化镁制备工艺研究
|
摘要
本文简要介绍了纳米氧化镁的性质、用途及国内外研究和生产现状；重点讨论了纳米粉体制备的基础理论；提出了沉淀转化法制备纳米氧化镁的新工艺。本文首先设计方案对沉淀转化法的基本过程进行分析，找出了实验方法的基本过程特征。然后利用单因素和正交试验法对纳米氧化镁制备工艺进行了研究，探索了各个因素对纳米氧化镁制备的影响及各因素间的交互作用。最后以单因素和正交试验法对纳米氧化镁改性进行了研究，筛选出改性的最佳工艺条件。
结果表明：
（1）沉淀转化法制备纳米氧化镁的过程，反应初期为CO32-扩散控制，反应后期为CO32-扩散与Mg(OH)2离解共同控制，过程中存在Mg(OH)2向MgCO3的晶型转化过程。
（2）沉淀转化法制备纳米氧化镁较佳工艺条件为：反应时间20min;反应温度300C；加水量200ml;改性剂加入方式应采用在反应10min后滴加方式；煅烧温度6000C。在此工艺条件下所得粒子平均粒径小于10nm。
（3）纳米氧化镁经月桂酸钠处理可以得到表面亲油化的粒子，改性最佳工艺条件为：改性温度600C；改性pH条件在5左右；改性剂用量10%。在此条件下亲油度最佳值0.55。月桂酸钠与氧化镁间发生化学键合。
This paper has reviewed the properties and application of nanometer magnesia. Both the progress in research and the synthesis of nanometer magnesia has been reconsidered. It puts emphasis on the reaction mechanism of precipitation method to prepare nanometer particles, and puts forward a new technics named " precipitation-transforming-method " .The essence of the experiment process has been studied through a series of designed experiment. In order to get the optimum processing conditions and the effects of various factor in preparation of nanometer magnesia and surface modification of prepared magnesia, monofactor method and multifactor orthogonalizing design method have been applied.
The following has been obtained through lots of expriments:
(1) The velocity of the initial stage of " precipition -transforming - method" is mainly influenced by the diffusion of CO32-,while that of the upper stage is equally influenced by both the diffusion of CO32- and the ionization of the Mg(OH)2. The phenomenon of precipitation transforming exists in the process.
(2) The optimum processing conditions in preparation of nanometer magnesia: the reaction time is 20 min; the reaction temperature is 300C;the dosage of water is 200 ml;the modification reagent should be added to the reaction system in drops after 10 min; the calcination temperature is 6000C. The average diameter of the nanometer magnesia under the above conditions is 5.22nm.
(3) The optimum processing conditions in the surface modification of nanometer magnesia : the modification temperature is 600C;the modification pH is about 5; the dosage of modification reagent is 10%. The value of the wetting properties in methanol under the above processing conditions is about 0.55.
Wang ,Xun
(Graduate of the department of chemical engineering)
Directed by Prof. Guo,Renmin
结果表明：
（1）沉淀转化法制备纳米氧化镁的过程，反应初期为CO32-扩散控制，反应后期为CO32-扩散与Mg(OH)2离解共同控制，过程中存在Mg(OH)2向MgCO3的晶型转化过程。
（2）沉淀转化法制备纳米氧化镁较佳工艺条件为：反应时间20min;反应温度300C；加水量200ml;改性剂加入方式应采用在反应10min后滴加方式；煅烧温度6000C。在此工艺条件下所得粒子平均粒径小于10nm。
（3）纳米氧化镁经月桂酸钠处理可以得到表面亲油化的粒子，改性最佳工艺条件为：改性温度600C；改性pH条件在5左右；改性剂用量10%。在此条件下亲油度最佳值0.55。月桂酸钠与氧化镁间发生化学键合。
This paper has reviewed the properties and application of nanometer magnesia. Both the progress in research and the synthesis of nanometer magnesia has been reconsidered. It puts emphasis on the reaction mechanism of precipitation method to prepare nanometer particles, and puts forward a new technics named " precipitation-transforming-method " .The essence of the experiment process has been studied through a series of designed experiment. In order to get the optimum processing conditions and the effects of various factor in preparation of nanometer magnesia and surface modification of prepared magnesia, monofactor method and multifactor orthogonalizing design method have been applied.
The following has been obtained through lots of expriments:
(1) The velocity of the initial stage of " precipition -transforming - method" is mainly influenced by the diffusion of CO32-,while that of the upper stage is equally influenced by both the diffusion of CO32- and the ionization of the Mg(OH)2. The phenomenon of precipitation transforming exists in the process.
(2) The optimum processing conditions in preparation of nanometer magnesia: the reaction time is 20 min; the reaction temperature is 300C;the dosage of water is 200 ml;the modification reagent should be added to the reaction system in drops after 10 min; the calcination temperature is 6000C. The average diameter of the nanometer magnesia under the above conditions is 5.22nm.
(3) The optimum processing conditions in the surface modification of nanometer magnesia : the modification temperature is 600C;the modification pH is about 5; the dosage of modification reagent is 10%. The value of the wetting properties in methanol under the above processing conditions is about 0.55.
(Graduate of the department of chemical engineering)
Directed by Prof. Guo,Renmin
引文
[1] 古宏晨 徐华蕊，纳米材料研究在我国的进展，化工进展，1999，（4）：5～7。
[2] 张立德 牟季美，纳米材料学 ，辽宁科技出版社，1994年10月。
[3] 古宏晨 李春忠 胡黎明，超细粉末及其制备技术进展，上海化工，第21卷，第四期，32～35。
[4] 杨宗志 "超微细二氧化钛--一种前景广阔的新型化工材料"现代化工，1994，（1）：38-40。
[5]Herr U,et al.Appl.Phys.Lett,1989,(50):472。
[6]Cowen J A,et al.J.Appl.Phys,1987,(67):3317。
[7]洪广言等，无机材料学报，1987，2（2）：97。
[8]Ichinose N.Superfine Particle Technology,Spring Verlog.1992。
[9]巩雄，张桂兰等。化学进展，1997，9（4）：349-357。
[10]张玉红、吴鸣等，二氧化钛溶胶粒度分布与光谱特征，催化学报，vol20,No.1,1999.5。
[11]张庆芝，超微粒子的制备及其应用[J]，无机盐工业，1995，（12）：10-13。
[12]May S T,Pekala R W.J Electrochem SOC,1993,140:446。
[13]Henning S,Sveensson L.Phys Sci,1981,23:697。
[14]苏威 "镁盐生产现状与发展动向",无机盐工业，1987,(4):2-8。
[15]无机化学，武汉大学、南京大学等，高等教育出版社。
[16] 杨海坤，气相氢氧焰水解法制备超微细二氧化钛 ，第四届全国超微颗粒学术研讨会论文集，114。
[17]王亚明，超微粒子膜用作化学传感器材料的研究进展 ，化工新型材料，1999，（3），7-9。
[18]祖庸等，纳米氧化锌的奇妙用途，化工新型材料，1999，（3）14。
[19]彭勤等，氧化镁结晶性能研究，无机盐工业，1987，（2）30-33。
[20]Ger Offen DE.3418424 Nov,1984。
[21]日本化学汇编，化学总说，1985，（48）:1。
[22]Yoko Suyama,Akio Kato.J.Amer.ceram.Soc.1976,59(3):146-149。
[23]Akhtar M K,Vemury S,et al,Nanostructure Materials 1994, 4(5):537-544。
[24]Kamal M,et al.J.Amer.Ceram.Soc,1992,75(12):3408-3410。
[25]Mazdiyasni K S.Ceram int,1982,8(2):42。
[26]杨南如等，溶胶-凝胶法简介 ，硅酸盐通报，1992，（2）56-63。
[27]罗伍文，溶胶-凝胶法简介，硅酸盐通报，1993，（4）60-68。
[28]余桂郁等，溶胶-凝胶法简介，硅酸盐通报，1993（6）60-66。
[29]R.Roy,Science,1987,238[18]:1664-1669。
[30]杨隽等，胶体化学法制备氧化铁超微粉体，无机盐工业，2000-01，32（1）。
[31]伊藤征司郎，日本化学会志，1984，（6）：1062-1064。
[32]张近，纳米氧化镁合成工艺条件的研究，无机盐工业，1999-03，31（2）。
[33]卫志贤等，纳米氧化锌中试研究，无机盐工业，1999-09，31（5）。
[34]吴树森，应用物理化学，第一分册-界面化学与胶体化学[M]，北京:高等教育出版社，1983，36-42。
[35]LaMer,V.K.Ind.Eng.Chem.1952,44,1270。
[36]V.K.LaMer,et al,J.Am.Chem.Soc,72:4874,1950。
[37]王训等，纳米二氧化钛表面改性 ，化工进展，2000（1）。
[38]王训等，超细二氧化钛分散性研究，涂料工业，1999（6）。
[39]李晓娥等，纳米二氧化钛紫外线屏蔽性能研究，涂料工业，2000（9）。
[40]朱履冰，表面与界面物理。天津大学出版社。
[41]华东理工大学技术化学物理研究所编，超细颗粒制备科学与技术，华东理工大学出版社。
[42]尾崎义治 ，超微颗粒导论，武汉工业大学出版社。
[43]丁绪淮，谈遒 编著，工业结晶，化学工业出版社，1985-10，75-81。
[44]Bailar J C,et al,Comrehensive Inorganic Chemistry,Oxford:Pergamon Press,1973,1973.607-618。
[45]赵九生等，催化剂生产原理，北京：科学出版社，1986，64-67。
[46]Scabo Z G,Contact Catalysis,Vol,2,Amsterdam:Elsevier Scientific Publishing Co,1976,13-15。
[47]J.A.Dirksen,Fundementals of Crystallization:kinetic effects on particle size distributions and morphology,Chem.Eng.Sci,46，2389-2427，1999。
[48]路杰，王静康，反应结晶（沉淀）研究进展，化学工程，27（4）：24-27，1999。
[49]Allen,L,J,et al,Colloid Interface Sci,35:66,1971。
[50]C.F.Zukoski,et al,Aggregation in precipitation reactions : stability of primary particles.Trans.IchemE,74,A(10):723-731,1996。
[51]陆厚根，张庆红，梅芳，超细碳酸钙表面改性，上海化工，1996，21（4）：15。
[52]郑水林，粉体表面改性，中国建材工业出版社，1995.12。
[53]沈钟，固体表面改性及其应用，第二讲，表面改性方法与机理，化工进展，1993.5。
[54]郭小英，硕士论文，超细二氧化钛表面改性研究，1998年。
[55]林元华，李晋林等，纳米金红石型二氧化钛的制备及其表征，无机材料学报，Vol.14,No.6,853-860,1999。
[56]郭振琪 编，X射线衍射技术及其应用，西北大学分析测试研究中心。
[57]常建华 董绮功 编，有机分析，西北大学化学系，1994年8月。
[58]孙静，高濂，郭景坤 等，无机材料学报，1997，12（1）：35-40。
[59]孙静，高濂，郭景坤 等，现代技术陶瓷，1998，19（3）：898-902。
[60]Hiemenz Paul C.Principles of Colloid and Surface Chemistry,New York:Marcel Dekker.INC.1986.710-730。
[2] 张立德 牟季美，纳米材料学 ，辽宁科技出版社，1994年10月。
[3] 古宏晨 李春忠 胡黎明，超细粉末及其制备技术进展，上海化工，第21卷，第四期，32～35。
[4] 杨宗志 "超微细二氧化钛--一种前景广阔的新型化工材料"现代化工，1994，（1）：38-40。
[5]Herr U,et al.Appl.Phys.Lett,1989,(50):472。
[6]Cowen J A,et al.J.Appl.Phys,1987,(67):3317。
[7]洪广言等，无机材料学报，1987，2（2）：97。
[8]Ichinose N.Superfine Particle Technology,Spring Verlog.1992。
[9]巩雄，张桂兰等。化学进展，1997，9（4）：349-357。
[10]张玉红、吴鸣等，二氧化钛溶胶粒度分布与光谱特征，催化学报，vol20,No.1,1999.5。
[11]张庆芝，超微粒子的制备及其应用[J]，无机盐工业，1995，（12）：10-13。
[12]May S T,Pekala R W.J Electrochem SOC,1993,140:446。
[13]Henning S,Sveensson L.Phys Sci,1981,23:697。
[14]苏威 "镁盐生产现状与发展动向",无机盐工业，1987,(4):2-8。
[15]无机化学，武汉大学、南京大学等，高等教育出版社。
[16] 杨海坤，气相氢氧焰水解法制备超微细二氧化钛 ，第四届全国超微颗粒学术研讨会论文集，114。
[17]王亚明，超微粒子膜用作化学传感器材料的研究进展 ，化工新型材料，1999，（3），7-9。
[18]祖
[19]彭勤等，氧化镁结晶性能研究，无机盐工业，1987，（2）30-33。
[20]Ger Offen DE.3418424 Nov,1984。
[21]日本化学汇编，化学总说，1985，（48）:1。
[22]Yoko Suyama,Akio Kato.J.Amer.ceram.Soc.1976,59(3):146-149。
[23]Akhtar M K,Vemury S,et al,Nanostructure Materials 1994, 4(5):537-544。
[24]Kamal M,et al.J.Amer.Ceram.Soc,1992,75(12):3408-3410。
[25]Mazdiyasni K S.Ceram int,1982,8(2):42。
[26]杨南如等，溶胶-凝胶法简介 ，硅酸盐通报，1992，（2）56-63。
[27]罗伍文，溶胶-凝胶法简介，硅酸盐通报，1993，（4）60-68。
[28]余桂郁等，溶胶-凝胶法简介，硅酸盐通报，1993（6）60-66。
[29]R.Roy,Science,1987,238[18]:1664-1669。
[30]杨隽等，胶体化学法制备氧化铁超微粉体，无机盐工业，2000-01，32（1）。
[31]伊藤征司郎，日本化学会志，1984，（6）：1062-1064。
[32]张近，纳米氧化镁合成工艺条件的研究，无机盐工业，1999-03，31（2）。
[33]卫志贤等，纳米氧化锌中试研究，无机盐工业，1999-09，31（5）。
[34]吴树森，应用物理化学，第一分册-界面化学与胶体化学[M]，北京:高等教育出版社，1983，36-42。
[35]LaMer,V.K.Ind.Eng.Chem.1952,44,1270。
[36]V.K.LaMer,et al,J.Am.Chem.Soc,72:4874,1950。
[37]王训等，纳米二氧化钛表面改性 ，化工进展，2000（1）。
[38]王训等，超细二氧化钛分散性研究，涂料工业，1999（6）。
[39]李晓娥等，纳米二氧化钛紫外线屏蔽性能研究，涂料工业，2000（9）。
[40]朱履冰，表面与界面物理。天津大学出版社。
[41]华东理工大学技术化学物理研究所编，超细颗粒制备科学与技术，华东理工大学出版社。
[42]尾崎义治 ，超微颗粒导论，武汉工业大学出版社。
[43]丁绪淮，谈遒 编著，工业结晶，化学工业出版社，1985-10，75-81。
[45]赵九生等，催化剂生产原理，北京：科学出版社，1986，64-67。
[46]Scabo Z G,Contact Catalysis,Vol,2,Amsterdam:Elsevier Scientific Publishing Co,1976,13-15。
[47]J.A.Dirksen,Fundementals of Crystallization:kinetic effects on particle size distributions and morphology,Chem.Eng.Sci,46，2389-2427，1999。
[48]路杰，王静康，反应结晶（沉淀）研究进展，化学工程，27（4）：24-27，1999。
[49]Allen,L,J,et al,Colloid Interface Sci,35:66,1971。
[50]C.F.Zukoski,et al,Aggregation in precipitation reactions : stability of primary particles.Trans.IchemE,74,A(10):723-731,1996。
[51]陆厚根，张庆红，梅芳，超细碳酸钙表面改性，上海化工，1996，21（4）：15。
[52]郑水林，粉体表面改性，中国建材工业出版社，1995.12。
[53]沈钟，固体表面改性及其应用，第二讲，表面改性方法与机理，化工进展，1993.5。
[54]郭小英，硕士论文，超细二氧化钛表面改性研究，1998年。
[55]林元华，李晋林等，纳米金红石型二氧化钛的制备及其表征，无机材料学报，Vol.14,No.6,853-860,1999。
[56]郭振琪 编，X射线衍射技术及其应用，西北大学分析测试研究中心。
[57]常建华 董绮功 编，有机分析，西北大学化学系，1994年8月。
[58]孙静，高濂，郭景坤 等，无机材料学报，1997，12（1）：35-40。
[59]孙静，高濂，郭景坤 等，现代技术陶瓷，1998，19（3）：898-902。
[60]Hiemenz Paul C.Principles of Colloid and Surface Chemistry,New York:Marcel Dekker.INC.1986.710-730。