CN104495884B - 碱式碳酸镁及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碱式碳酸镁及其制备方法，由反应原料在水热反应条件下制得，所述的原料包括氢氧化镁、尿素和水，氢氧化镁与尿素的摩尔比为1:1~5，尿素与水的比例为1~5mol:1000ml。本发明由氢氧化镁和尿素直接制得一种碱式碳酸镁，而且得到的碱式碳酸镁具有结晶度好、纯度高等特点，还能够形成具有花瓣状的结构，该制备方法工艺简单，生产成本低，易于实现工业化生产。

Description

碱式碳酸镁及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种碱式碳酸镁，同时，本发明涉及这种碱式碳酸镁的制备方法。
背景技术
碱式碳酸镁是一种重要的无机化工产品，其主要用途大致可以分为三个方面：（1）用于食品及各种化工产品的添加剂和改良剂，例如作为橡胶制品的优良填充剂和增强剂，能提高橡胶制品的产量和质量，做船或者锅炉的绝热耐高温材料；（2）用于制取镁系列化工产品的原料，例如制备高纯度的镁砂或者氧化镁；（3）用于制药及医学上的辅助治疗药物，例如制成铝碳酸镁复盐，可与雷尼替丁胶囊、阿莫西林胶囊、甲硝唑片等一起服用，明显提高老年消化性溃疡的治愈率。正因其具有广泛的应用前景，碱式碳酸镁的制备研究也越来越受到人们的关注。当碱式碳酸镁为单斜晶体时展现出了片状特点，由于这种特点，片状微晶会聚集在一起形成花瓣状、鸟巢状等，可以用作阻燃剂，也可以用作其他镁化合物的前驱体和载体，由于花瓣状特殊的结构，在制备高活性氧化镁方面具有独特的优势，广泛用于食品医药领域。
目前报道的碱式碳酸镁的制备方法主要是以矿石、卤水或者工业级硫酸镁为原料，其中，大连理工大学的王宝和等在专利CN101058430A中采用六水氯化镁为原料，通过水浴加热与尿素反应，制备出花瓣状的碱式碳酸镁。专利CN102583458A中描述使研磨后蛇纹石在常温常压下与无机酸反应，再加入氨水和碳酸氢铵，最终可制得碱式碳酸镁。丁丽芳在专利CN102659147A中通过热解重镁水也得到了碱式碳酸镁。黄海荣在专利CN1579940A中将氯化镁与碳酸钠进行反应，制得的碱式碳酸镁作为分散剂，可使得高分子聚合物粒子均匀、细小且无需与表面活性剂复合使用。北京化工大学的林彦君等在专利CN101935059A中以天然矿物水镁石或合成氢氧化镁为原料，与CO2通过原子经济反应制备碱式碳酸镁。
发明内容
基于此，本发明提供了一种碱式碳酸镁。
为实现上述目的，本发明的碱式碳酸镁，由反应原料在水热反应条件下制得，所述的原料包括氢氧化镁、尿素和水，氢氧化镁与尿素的摩尔比为1:1~5，尿素与水的比例为1~5mol:1000ml。
氢氧化镁与尿素反应生成碱式碳酸镁的反应机理为：
从以上反应机理可以看出，氢氧化镁固体要与尿素发生化学反应，必须经过固态氢氧化镁溶解变为溶解态的氢氧化镁，然后溶解态的氢氧化镁电离成镁离子，与碳酸氢根离子进行反应，通常条件下，由于氢氧化镁在水中的溶度积仅为5.61×10-12，因此氢氧化镁与尿素反应速率极慢，无法实现工业使用。本发明的技术方案是采用水热反应技术，将氢氧化镁和尿素混合均匀在水热反应条件下发生反应，在水热和尿素存在下，增大氢氧化镁溶解度，加快传质速率，一方面提高氢氧化镁与尿素的反应速率，另一方面使形成的碱式碳酸镁的过饱和度提高，形成大量的晶核，从而使构成花瓣结构的碱式碳酸镁的片状颗粒更加薄，提高了反应活性。此外，本发明能够得到一种具有花瓣结构的碱式碳酸镁，可以通过限定物料氢氧化镁、尿素和水的配比来实现，在水热反应条件下，控制一定的氢氧化镁与尿素配比，同时混合均匀，控制尿素与水的配比，当尿素水溶液浓度低时，生成二氧化碳和氨气的浓度就低，反应不完全，得不到花瓣结构的碱式碳酸镁，当尿素水溶液浓度高时，会使结晶出来的碳酸镁溶解在尿素溶液中，也得不到花瓣结构的碱式碳酸镁，通过控制物料配比，得到具有固定结构、类型的碱式碳酸镁。
同时，本发明的碱式碳酸镁的制备方法包括以下制备步骤：
a、按照尿素与水的比例为1~5mol:1000ml，称取定量尿素和水，配成尿素水溶液，按照氢氧化镁和尿素的摩尔比为1:1~5，向尿素溶液中加入氢氧化镁，搅拌均匀；
b、将步骤a的混合物加入到高温高压反应釜中，于100~200℃的温度进行水热反应；
c、水热反应完成，自然冷却后将反应所得产物过滤，洗涤，干燥，得到碱式碳酸镁。
水热反应是高温高压密闭环境下进行，确定釜内温度，压力即确定，本发明中限定水热反应温度使反应能够实现，反应温度低，氢氧化镁溶解度很小，反应速率慢，温度高，尿素会形成缩二脲，控制合适的温度以保证二氧化碳和氨气充足，以得到固定结构、类型的碱式碳酸镁。
作为对上述方式的限定，所述步骤b水热反应时间为4~15h。
反应时间过短，反应不充分，得不到高质量完整的固定结构、类型的碱式碳酸镁；反应时间过长，同时增加了不必要的能耗。
作为对上述方式的限定，所述氢氧化镁的纯度高于90%。
反应物料氢氧化镁的纯度会影响产品质量，氢氧化镁中杂质的种类会影响产品碱式碳酸镁的组成，氢氧化镁纯度越高，产品碱式碳酸镁的纯度也越高。
综上所述，采用本发明的技术方案，能够由氢氧化镁和尿素直接得到一种碱式碳酸镁，而且具有结晶度好、纯度高等特点，还能够得到具有花瓣状结构的碱式碳酸镁，这种碱式碳酸镁粉体一定程度可以替代无机阻燃剂氢氧化镁用于阻燃。本发明的制备工艺简单，生产成本低廉，过程便于控制，易于实现工业化生产。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作更进一步详细说明：
图1为实施例1制备出的碱式碳酸镁的X射线衍射图；
图2为实施例1制备出的碱式碳酸镁的扫描电镜图；
图3为实施例3制备出的碱式碳酸镁的X射线衍射图；
图4为实施例3制备出的碱式碳酸镁的扫描电镜图。
具体实施方式
实施例
本实施例涉及碱式碳酸镁的合成方法，具体制备步骤如下：
a、称取定量氢氧化镁、尿素和62.5mL水放入150mL自制的高温高压反应釜中，搅拌均匀；
b、将步骤a的自制高温高压反应釜固定在旋转加热炉上，于设定温度下水热反应一定时间；
c、水热反应完成，自然冷却后将反应所得产物过滤，洗涤，在120℃下干燥4h，得到花瓣状碱式碳酸镁颗粒。
各实施例物料配比及反应条件见下表：
氢氧化镁（g） 尿素（g） 水热温度（℃） 反应时间（h）
实施例1 5 5.2 145 8
实施例2 10 25 140 10
实施例3 5 25 160 6
由图1和图3所示的实施例1、3制备的产品的X射线衍射谱图可看出产品为碱式碳酸镁特征峰，没有其它杂峰存在，而且与标准碱式碳酸镁谱图一致，证明得到的产物确实为高纯度的碱式碳酸镁。由图2和图4所示的实施例1、3制备的产品碱式碳酸镁的扫描电镜照片可以看到，碱式碳酸镁的形貌为花瓣状结构。

Claims (4)

1.一种碱式碳酸镁，由反应原料在水热反应条件下制得，其特征在于：所述的原料包括氢氧化镁、尿素和水，氢氧化镁与尿素的摩尔比为1:1~5，尿素与水的比例为1~5mol:1000ml。
2.一种碱式碳酸镁的制备方法，其特征在于，该方法包括以下制备步骤：
a、按照尿素与水的比例为1~5mol:1000ml，称取定量尿素和水，配成尿素水溶液，按照氢氧化镁和尿素的摩尔比为1:1~5，向尿素水溶液中加入氢氧化镁，搅拌均匀；
b、将步骤a的混合物加入到高温高压反应釜中，于100~200℃的温度进行水热反应；
c、水热反应完成，自然冷却后将反应所得产物过滤，洗涤，干燥，得到碱式碳酸镁。
3.根据权利要求2所述碱式碳酸镁的制备方法，其特征在于：步骤b水热反应时间为4~15h。
4.根据权利要求2所述碱式碳酸镁的制备方法，其特征在于：氢氧化镁的纯度高于90%。
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