CN110683567A - 一种亚微米级氢氧化镁的制备方法 - Google Patents

一种亚微米级氢氧化镁的制备方法 Download PDF

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陈光文
杨梅
罗腊梅
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Abstract

本发明提供一种亚微米级氢氧化镁的制备方法，采用氢氧化钠和氯化钠的混合水溶液为沉淀剂，与氯化镁水溶液于一定温度下在微反应器内发生沉淀反应，反应浆料从微反应器流出后直接进入水热合成釜，在一定温度下对其进行水热处理。水热处理后，浆料经过滤、洗涤、干燥，得到亚微米级氢氧化镁。与仅采用氢氧化钠做沉淀剂相比，在相同水热条件下本方法制备的氢氧化镁平均粒径更大，更易过滤与洗涤，显著提高了生产效率。此外，本发明因在微反应器内进行沉淀反应，制备过程半连续化且易放大，产品批次间重复性好。

Description

一种亚微米级氢氧化镁的制备方法
技术领域
本发明涉及一种亚微米级氢氧化镁的制备方法，属于无机材料、微化学工程领域。
背景技术
氢氧化镁是一种重要的无机化工产品，因其具有热稳定性高、吸附能力强、弱碱性、无毒无害等特点，被广泛用于材料加工(阻燃、精细陶瓷、涂料等)、环境保护(废水处理、烟气脱硫、重金属脱除等)、食品添加等领域。根据物态的不同，氢氧化镁的制备方法可分为固相法、液相法和气相法。其中，液相沉淀法是最为常用的制备方法，所用沉淀剂包括石灰石、氢氧化钠、氨水等。当采用氢氧化钠做沉淀剂时，因沉淀反应速度极快，生成的氢氧化镁粒度小，表面能高。加之生成的氢氧化镁晶型发展不充分，极性晶面(101)暴露比例高，故颗粒间作用力强，极易形成胶体，使得反应浆料的过滤与洗涤均非常困难，生产成本高昂且效率低下。
为了提高氢氧化镁的过滤性能，本领域技术人员发展了多种策略，主要有：(1)加入表面活性剂。例如，卢利娟等人研究了聚乙二醇(PEG6000)对液相沉淀法制备氢氧化镁过程的改性作用。随着PEG6000添加量的增加，制备的氢氧化镁粒径先减小后增大，且在PEG6000添加量为4％时，反应得到的氢氧化镁粒径最小，约为0.2μm。随着PEG6000添加量的增加，氢氧化镁在有机体中的分散性越来越好(无机盐工艺,2018,50,29-32)；(2)加入无机改性剂。例如，CN201810969825.2公开了一种使用氨水或含有铵根离子的强酸弱碱盐作为改善剂提高氢氧化镁过滤性能的方法；(3)采用水热处理。在水热处理过程中，氢氧化镁发生溶解-再结晶，平均粒径增大，过滤性能得以提高。为提高氢氧化镁的生长速率，水热处理常在3-6mol/L的氢氧化钠水溶液中进行。然而，氢氧化钠的存在使过滤清液及洗涤废水的后处理变得复杂。过滤清液与洗涤废水中的氢氧化钠可通过两种方式处理，即循环回用和酸碱中和。显然，两种方式均会增加生产工艺的复杂度和生产成本。因此，需要提供一种生产方法，在提高氢氧化镁浆料过滤性能的同时，又不增加生产工艺的复杂程度和生产成本。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种亚微米级氢氧化镁的制备方法，即采用氢氧化钠和氯化钠混合水溶液作为沉淀剂，强化氢氧化镁生长过程，以提高氢氧化镁浆料的过滤性能。本发明发现采用氢氧化钠与氯化钠混合水溶液作为沉淀剂，与常规的仅采用氢氧化钠作为沉淀剂相比，经相同条件水热处理后，前者制备的氢氧化镁的平均粒径显著大于后者，浆料过滤性能显著提高。本发明提供的方法未引入氯化镁和氢氧化钠反应过程中不涉及的化合物。沉淀剂中的氯化钠可与反应过程中生成的氯化钠采用相同的后处理方式(晒盐或蒸发结晶)，不增加工艺步骤，对生产成本的影响亦不大。具体步骤如下：
(1)配置浓度为0.2-1mol/L氯化镁水溶液；
(2)配置氢氧化钠和氯化钠的混合水溶液，混合水溶液中，氢氧化钠的浓度为0.32-2.0mol/L，氯化钠浓度不小于1mol/L，氢氧化钠和氯化钠的总浓度不大于5mol/L；
(3)将上述氯化镁水溶液和氢氧化钠和氯化钠的混合水溶液连续通入微反应器，二者在微反应器内发生沉淀反应后的反应浆料从微反应器出口排出，反应温度为20-80℃；反应停留时间0.2-12ms；
(4)反应浆料从微反应器出口流出后直接进入水热合成釜，对其进行水热处理，水热温度为150-220℃，水热时间2-10h；
(5)水热处理后，浆料经离心、洗涤、干燥，得到亚微米级氢氧化镁。
基于以上技术方案，优选的，镁离子与氢氧根摩尔比n(Mg2+):n(OH-)为1:1.6-1:2.0。
基于以上技术方案，优选的，氯化镁水溶液和氢氧化钠和氯化钠混合水溶液以相同流量进入微反应器，流量范围为50-200mL/min。
基于以上技术方案，优选的，微反应器内通道的水力直径为0.5-1mm，通道长度为5-20mm。
基于以上技术方案，所述方法制备的氢氧化镁的平均粒径为0.5-1μm。
本发明具有以下优势：
(1)本发明采用氢氧化钠和氯化钠的混合水溶液为沉淀剂，提高后续水热处理过程中氢氧化镁的生长速率，未引入氯化镁和氢氧化钠反应过程中不涉及的化合物。沉淀剂中的氯化钠可与反应过程中生成的氯化钠采用相同的后处理方式(晒盐或蒸发结晶)，不增加工艺步骤，对生产成本的影响亦不大。
(2)因微反应器的热质传递速率较传统间歇反应器高1-3个数量级，氯化镁水溶液和氢氧化钠和氯化钠混合水溶液可快速达到近分子水平混合，使沉淀反应在均一的反应环境下进行，保证了所得颗粒形貌和粒度的均一性。
(3)沉淀过程连续化，生产效率高，过程可控性强。
附图说明
图1为本发明实施例1产品的SEM照片；
图2为本发明实施例2产品的SEM照片；
图3为本发明对比例1产品的SEM照片；
图4为本发明对比例2产品的SEM照片。
具体实施方式
以下通过实施例详细描述本发明，但本发明不局限于下述实施例。实施例中所用微反应器的结构简单描述为：由两块封板和一片微通道板组成。微通道板上加工有三条微通道，即两条液体进口通道和分别与进口通道相连的一条反应通道，进口通道分别与二个进口相连，反应通道与出口相连。两条进口通道和反应通道水力直径相等，皆为0.8mm。两条液体进口通道间夹角为180o，反应通道的长度为10mm。
实施例1
分别配置MgCl2水溶液和NaOH和NaCl混合水溶液各500mL，其中MgCl2浓度为1.0mol/L，NaOH浓度为1.6mol/L，NaCl浓度为2.4mol/L。上述两种水溶液均以150mL/min的流量进入微反应器接触、混合及反应，n(Mg2+):n(OH-)＝1:1.6，反应温度为60℃。反应浆料从微反应器出口流出后直接进入水热合成釜，在180℃下进行水热处理，水热时间为4h。水热处理后，取200mL水热反应后的反应浆料置于内径为9cm的布氏漏斗中真空抽滤，测定抽滤时间为500s。用去离子水洗涤三次后，置于烘箱中干燥6h，得到亚微米级氢氧化镁。所得氢氧化镁的SEM照片如图1所示，平均粒径为775nm。
实施例2
分别配置MgCl2水溶液和NaOH和NaCl混合水溶液各500mL，其中MgCl2浓度为0.5mol/L，NaOH浓度为1.0mol/L，NaCl浓度为3.0mol/L。上述两种水溶液均以150mL/min的流量进入微反应器接触、混合及反应，n(Mg2+):n(OH-)＝1:2.0，反应温度为60℃。反应浆料从微反应器出口流出后直接进入水热合成釜，在180℃下进行水热处理，水热时间为4h。水热处理后，取200mL水热反应后的反应浆料置于内径为9cm的布氏漏斗中真空抽滤，测定抽滤时间为420s。用去离子水洗涤三次后，置于烘箱中干燥6h，得到亚微米级氢氧化镁。所得氢氧化镁的SEM照片如图2所示，平均粒径为840nm。
对比例1
分别配置MgCl2水溶液和NaOH水溶液各500mL，其中MgCl2浓度为1.0mol/L，NaOH浓度为1.6mol/L。上述两种水溶液均以150mL/min的流量进入微反应器接触、混合及反应，n(Mg2+):n(OH-)＝1:1.6，反应温度为60℃。反应浆料从微反应器出口流出后直接进入水热合成釜，在180℃下进行水热处理，水热时间为4h。水热处理后，取200mL反应浆料置于内径为9cm的布氏漏斗中真空抽滤，测定抽滤时间为1050s。用去离子水洗涤三次后，置于烘箱中干燥6h，得到亚微米级氢氧化镁。所得氢氧化镁的SEM照片如图3所示，平均粒径为215nm。
对比例2
分别配置MgCl2水溶液和NaOH水溶液各500mL，其中MgCl2浓度为1.0mol/L，NaOH浓度为1.6mol/L。上述两种水溶液均以150mL/min的流量进入微反应器接触、混合及反应，n(Mg2+):n(OH-)＝1:1.6，反应温度为60℃。反应浆料从微反应器出口流出后直接进入水热合成釜。向反应浆料中加入一定量的固体NaCl，将反应浆料中NaCl浓度调节到2.0mol/L。将反应胶料在180℃下进行水热处理，水热时间为4h。水热处理后，取200mL反应浆料置于内径为9cm的布氏漏斗中真空抽滤，测定抽滤时间为1220s。用去离子水洗涤三次后，置于烘箱中干燥6h，得到亚微米级氢氧化镁。所得氢氧化镁的SEM照片如图4所示，平均粒径为180nm。

Claims (5)

1.一种亚微米级氢氧化镁的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)配置浓度为0.2～1mol/L氯化镁水溶液；
(2)配置氢氧化钠和氯化钠的混合水溶液，所述混合水溶液中，氢氧化钠的浓度为0.32～2.0mol/L，氯化钠浓度不小于1mol/L，氢氧化钠和氯化钠的总浓度不大于5mol/L；
(3)将所述氯化镁水溶液和所述混合水溶液连续通入微反应器中反应，反应后从微反应器出口排出；反应温度为20-80℃，反应停留时间0.2-12ms；
(4)微反应器出口排出的反应浆料直接进入水热合成釜，进行水热处理，水热温度为150-220℃，水热时间2-10h；
(5)水热处理后，将水热产物过滤、洗涤、干燥，得到所述亚微米级氢氧化镁。
2.如权利要求1所述的亚微米级氢氧化镁的制备方法，其特征在于，所述微反应器中，镁离子与氢氧根摩尔比n(Mg2+):n(OH-)为1:1.6～2.0。
3.如权利要求1所述的亚微米级氢氧化镁的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，氯化镁水溶液和混合水溶液通入微反应器的流量相同，所述流量范围为50～200mL/min。
4.如权利要求1所述的亚微米级氢氧化镁的制备方法，其特征在于，所述微反应器内通道的水力直径为0.5～1mm，通道长度为5～20mm。
5.如权利要求1所述的亚微米级氢氧化镁的制备方法，其特征在于，所述亚微米级氢氧化镁的粒径为0.5-1.0μm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114804164A (zh) * 2022-06-08 2022-07-29 天津科技大学 一种六角片状氢氧化镁的制备方法和应用
CN115448336A (zh) * 2022-09-20 2022-12-09 西安工程大学 一种易过滤洗涤的沉淀法超细氢氧化镁材料及其制备方法

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