纳米氧化镁制备方法的研究
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作者: 杨巍
摘 要：本文主要采用沉淀法制备纳米氧化镁,分别研究了焙烧温度、焙烧方法、沉淀方式、沉淀剂、沉淀温度、镁盐及镁盐浓度对纳米氧化镁的比表面积和孔结构的影响。
关键词：纳米氧化镁 制备方法 比表面积 孔结构
中图分类号:TQ132.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2012)04(b)-0079-01
1 实验部分
1.1 纳米氧化镁的制备
(1)采用不同焙烧温度制备纳米氧化镁。
将MgCl2·6H2O和Na2CO3反应制得的MgO前驱体,分别在马弗炉中经600℃、700℃、800℃下焙烧3h,制得纳米氧化镁。
(2)采用不同沉淀方式制备纳米氧化镁
①正加法：称取一定量的MgCl2·6H2O溶于蒸馏水中配成浓度为1mol/L的溶液,再按1∶3比例将一定量25％～28％浓氨水稀释备用。在反应温度为50℃和充分搅拌下,将氨水往氯化镁溶液中滴加,在此过程中控制反应的pH值为10左右,控制好流速不宜过快。待反应完毕后,再继续搅拌2h,然后关闭电源,停止搅拌。将药品静止老化5h。将老化后的药品用热蒸馏水洗涤、过滤,反复数次直至除去Cl-,再用无水乙醇洗涤两次。将滤饼放烘箱中110℃下干燥12h。最后,将干燥后药品研磨成粉末放马弗炉中500℃下焙烧3h,制得纳米氧化镁。
②反加法：前同正加法,但其是将氯化镁溶液滴加到稀释好的氨水中,后同正加法。
③并流法：前同正加法,但其是先向反应容器中倒入少量的氨水,然后再将氯化镁溶液和氨水同时滴加到反应容器中,后同正加法。但一部分用马弗炉500℃下焙烧3h,另一部分先用流动N2在500℃下焙烧3h,再用马弗炉在静态空气中300℃焙烧半个小时。
(3)采用不同沉淀剂制备纳米氧化镁
①以碳酸铵、氨水混合液为沉淀剂：将MgCl2·6H2O配成浓度为1mol/L的溶液,再称取一定量的碳酸铵溶于蒸馏水中配成浓度为0.5mol/L溶液,往碳酸铵溶液中加入浓氨水调pH值为11。采用并流法制得纳米氧化镁。②均匀沉淀法：按1:4.5摩尔比称取一定量尿素溶于200ml,1mol/L的氯化镁溶液中,用电热套加热,在圆底烧瓶上安装一个回流装置,保持反应5h左右,老化5h后,经洗涤、干燥,放马弗炉中500℃焙烧3h,制得纳米氧化镁。③以NaOH做沉淀剂：将MgCl2·6H2O配成浓度为1mol/L的溶液,再称取一定量的NaOH溶于一定量蒸馏水中配成浓度为1mol/L的溶液。采用并流法制得纳米氧化镁。④以Na2CO3为沉淀剂：将MgCl2·6H2O和Na2CO3分别配成1mol/L的溶液,采用并流法,50℃下沉淀,控制反应pH值为10左右,滴加完毕后继续搅拌2h,再经老化、洗涤、干燥后,取其中的一部份放入马弗炉中500℃焙烧3h,制得纳米氧化镁。⑤采用不同沉淀温度制备纳米氧化镁：将1mol/L的氯化镁溶液和1mol/L的Na2CO3溶液,沉淀温度分别采用30℃和70℃,采用并流法,分别制得纳米氧化镁。⑥采用不同浓度的氯化镁制备纳米氧化镁：称取一定量MgCl2·6H2O溶于一定量的蒸馏水中,分别配成浓度为0.5mol/L和1.5mol/L的溶液,再将一定量Na2CO3配成浓度1mol/L的溶液。采用并流法,制得纳米氧化镁。⑦采用不同镁盐制备纳米氧化镁：称取一定量乙酸镁和硝酸镁,分别溶于蒸馏水中均配成浓度为1mol/L的溶液,分别与稀释后的氨水采用并流法制备得到纳米氧化镁。
1.2 表征
样品的吸附等温线、BET比表面积、孔结构分布等使用美国Micromeritics ASAP-2020型物理吸附仪测定。
2 结果与讨论
2.1 焙烧条件的考察
(1)焙烧温度对纳米氧化镁性质的影响：将氯化镁与碳酸钠反应制得的产品在马弗炉中焙烧,温度分别采用500℃、600℃、700℃、800℃。随着焙烧温度的升高,产品的比表面积和比孔容逐渐减小。500℃焙烧制得产品的比表面积、比孔容均最大,主要以大孔为主;600℃、700℃、800℃制得的产品存在大孔和小孔,随着温度的升高,孔体积减小。(2)焙烧方法对纳米氧化镁性质的影响：将氯化镁与氨水,采用并流法制备的氢氧化镁醇凝胶分别在静态空气和流动N2中500℃焙烧3h。在流动N2中焙烧,制得的产品的比表面积比在静态空气中大,且孔径也变大,大孔和小孔分别集中在35和128;在静态空气中焙烧的产品只有一种小孔,主要分布在32。
2.2 沉淀条件的考察
(1)沉淀方式对纳米氧化镁性质的影响：反加法制备的纳米MgO的比表面积最大,比孔容也较大;正加法和并流法的产品比孔容大小差不多,并流法的产品孔径很小。反加法产品的小孔主要集中在32,大孔主要集中在300,比孔容较大;并流法的产品只有小孔,主要集中在32上。正加法的产品只有大孔,分布较分散。(2)沉淀剂对纳米氧化镁性质的影响：用碳酸钠作沉淀剂制备的产品比表面积最大,用氢氧化钠作沉淀剂制得的产品比表面积也很大,孔径和比孔容是最大的;用碳酸铵和氨水的缓冲溶液制备的产品比表面积最小;用氨水作沉淀剂制备的产品孔径最小。氢氧化钠制得的产品只有一种大孔,主要集中在313;经尿素制得的产品孔径主要集中在148。碳酸铵和氨水的缓冲溶液制得的产品只有一种大孔,分布很分散。(3)沉淀温度对纳米氧化镁性质的影响：将氯化镁与碳酸钠溶液采用并流法,分别在30℃、50℃和70℃反应制备纳米MgO。30℃沉淀制备的产品比表面积最大,比孔容也最大,大孔和小孔分别集中在30和179。随着沉淀温度的升高,纳米MgO的比表面积、孔径和比孔容逐渐降低。
2.3 金属盐的考察
(1)镁盐浓度对纳米氧化镁性质的影响：采用浓度为0.5mol/L、1.0mol/L、1.5mol/L的氯化镁溶液与碳酸钠溶液反应制备纳米MgO。浓度达到1.0mol/L时,产品比表面积最大,孔径与比孔容也很大;浓度为1.5mol/L时,产品孔径和比孔容最小,主要是集中在52的小孔;浓度为0.5mol/L和1.0mol/L时,孔分布比较分散。随着氯化镁浓度的增加,产品的孔径逐渐减小。(2)镁盐对纳米氧化镁性质的影响：采用不同的镁盐与氨水反应制备纳米MgO。用乙酸镁作沉淀剂制得的产品比表面积最大;用硝酸镁反应制得的产品孔径比用另两种镁盐的大,比孔容最大;用氯化镁反应制得的产品比表面积最小,孔径也最小,主要是集中在32的小孔;由乙酸镁和硝酸镁反应制得的产品孔径分布差不多,都存在大孔和小孔,主要集中在35和313。用乙酸镁和硝酸镁制得的产品比孔容都很大。
3 结语
(1)500℃焙烧制得的纳米氧化镁的比表面积最大;在流动N2中焙烧Mg(OH)2醇凝胶制得的纳米氧化镁的比表面积比在静态空气中焙烧制得的纳米氧化镁的比表面积大。(2)反加法制得的纳米氧化镁的比表面积最大,而正加法制得的纳米氧化镁的比表面积最小。(3)选用碳酸钠作沉淀剂制得的纳米氧化镁的比表面积最大,氢氧化钠的次之;用氢氧化钠作沉淀剂制得的纳米氧化镁的孔分布最集中。(4)30℃沉淀制得的纳米氧化镁的比表面积、比孔容都是最大的;随着沉淀温度的升高,纳米氧化镁的比表面积、孔径和比孔容逐渐降低。(5)采用1mol/L的氯化镁溶液制得的纳米氧化镁的比表面积最大;采用硝酸镁和乙酸镁制得的纳米氧化镁的比表面积大于采用氯化镁制得的纳米氧化镁的比表面积。
参考文献
[1] 王海霞,胡炳元,王鳞生,等.高分子保护沉淀法制备纳米氧化镁[J].无机化学学报,2006(2)：363～366.
[2] 许锁平,朱广军.超声波－均匀沉淀法制备纳米氧化镁[J].涂料工业,2005,35(2)：31～33.
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