CN114318367B - 一种高分散改性纳米氢氧化镁及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氢氧化镁领域，特别是涉及一种高分散改性纳米氢氧化镁的制备方法，包括如下步骤：制备含有改性剂的电解液，以镁材料为阳极，与析氢阴极组成原电池；在原电池反应发电过程中，同时生成氢氧化镁，其中氢氧化镁与改性剂结合，形成包覆结构，原位生成改性氢氧化镁；经过过滤干燥得到高分散性的改性纳米氢氧化镁。本发明提供一种具有更大的比表面积、良好的分散性的高分散改性纳米氢氧化镁。本发明提供一种高分散改性纳米氢氧化镁的制备方法，工艺简单，制备过程中无有害废液排放，具有环保的优势。

Description

一种高分散改性纳米氢氧化镁及其制备方法

技术领域

本发明涉及氢氧化镁领域，特别是涉及一种高分散改性纳米氢氧化镁及其制备方法。

背景技术

氢氧化镁是一种重要的多功能无机粉体材料，可以用作绿色无机阻燃剂，烟气脱硫剂，酸性废水中和剂，水体重金属脱除剂等,在医药行业上用作抗酸剂、缓泻剂。目前对氢氧化镁的研究主要集中在阻燃剂、环保吸附剂、抗菌剂、环保涂层等。但在氢氧化镁作为阻燃剂的使用过程中，仍存在较多问题。包括：晶体表面因带有正电荷而具有很强的表面极性；亲水性良好，但与亲油性的聚合物分子的亲和力欠佳；晶粒易形成二次凝聚，导致分散性较差；添加量高时(质量分数＞40％)，会明显降低高分子复合材料的力学性能。只有对氢氧化镁进行有效的表面处理，才能够克服其在应用过程中的问题(是指广泛应用于高端阻燃剂领域)，达到材料、消防、环保等多个领域的共同要求。其中超细化的颗粒有助于氢氧化镁在基体材料中的分散，从而减少氢氧化镁的用量，并降低添加氢氧化镁对基体材料的影响。因此，制备纳米级、高分散的氢氧化镁是当前国内外研究的重要方向。

常见的纳米氢氧化镁制备方法主要为湿法共沉淀法、水热法、氧化镁水热法等。赵建海等人用撞击流反应得到片状纳米氢氧化镁，颗粒尺寸小，比表面积大，有优异的阻燃性能。吴健松等以苦卤为原料，在特制的缓冲溶液体系中加氢氧化钠得到高纯、高结晶度、分散性优良的氢氧化镁。专利CN111547750A公开了一种粒度可控六角片状氢氧化镁阻燃剂的制备方法，以氧化镁、水为原料配成氧化镁悬浮液，加入一定量的NaOH和助剂搅拌均匀后，将浆料装入高压反应釜中反应一段时间后、过滤、洗涤、干燥，得到片状氢氧化镁阻燃剂，通过调变反应体系物料比调变六角片状氢氧化镁的粒度。

常规方法制备氢氧化镁，经常需要加入碱性添加剂，类似氨水、氢氧化钠、氢氧化钾等，不仅价格昂贵，且腐蚀性强。而以氧化镁水化制备氢氧化镁，工艺复杂，均不利于工业应用。所获得氢氧化镁还存在着粒径分布宽，分散性差的问题，后续还需对氢氧化镁进行包覆处理或水热处理以提高粒径分布均匀性和颗粒分散性，存在生产工艺复杂的问题。如专利CN113582209A公开了一种六角片状氢氧化镁的制备方法，采用聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基磺酸钠分散剂，将氢氧化镁粉末、分散剂和水混合搅拌，配成悬浮液，装入高压反应釜中反应，反应后产物经过滤、洗涤、干燥、研磨，得到六角片状氢氧化镁。

镁空气电池或镁水电池是一种新型的燃料电池，具有能量密度高、经济可靠的优点，其在放电工作的同时以较为经济和过程可控的方式生产氢氧化镁。由于可以选用高纯度的镁作为阳极，可以大大降低杂质来源，制备高纯度氢氧化镁，但是所获得的氢氧化镁存在易于团聚，分散性较差的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有更大的比表面积、良好的分散性的高分散改性纳米氢氧化镁。

本发明提供一种高分散改性纳米氢氧化镁的制备方法，工艺简单，制备过程中无有害废液排放，具有环保的优势。

本发明采用如下技术方案：

一种高分散改性纳米氢氧化镁的制备方法，包括如下步骤：制备含有改性剂的电解液，以镁材料为阳极，与析氢阴极组成原电池；在原电池反应发电过程中，同时生成氢氧化镁，其中氢氧化镁与改性剂结合，形成包覆结构，原位生成改性氢氧化镁；经过过滤干燥得到高分散性的改性纳米氢氧化镁。

对上述技术方案的进一步改进为，所述电解液为含氯离子的溶液。

对上述技术方案的进一步改进为，所述电解液的pH值为4-11。

对上述技术方案的进一步改进为，所述改性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、聚乙烯比咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)、聚二硫二丙烷磺酸钠(SPS)、3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)二钠、木质素磺酸钠中的至少一种。

对上述技术方案的进一步改进为，所述改性剂的浓度为0.5-5g/L。

对上述技术方案的进一步改进为，所述镁材料为含镁的金属材料。

对上述技术方案的进一步改进为，所述含镁的金属材料为片状结构或棒状结构。

对上述技术方案的进一步改进为，所述含镁的金属材料中镁的纯度大于或等于95％。

对上述技术方案的进一步改进为，所述析氢阴极为负载Pt/C催化剂的碳布。

一种高分散改性纳米氢氧化镁，所述高分散改性纳米氢氧化镁使用上述的制备方法制得。

本发明的有益效果为：

1、与传统方法相比，本发明技术无需后续的高压反应釜反应，具有工艺简单，一步法原位生长并改性纳米氢氧化镁。

2、本发明不添加强碱，电解液温和，制备过程中无有害废液排放，具有环保的优势。

3、在镁空气/镁水电池制备过程中同时添加改性剂以减小纳米片状结构的尺寸，提高氢氧化镁的分散性。

附图说明

图1为本发明的无添加剂镁水电池制备的氢氧化镁的电镜图；

图2为本发明的添加有1g/L EDTA的镁水电池制备的氢氧化镁的电镜图；

图3为本发明的添加有1g/L木质素磺酸钠的镁水电池制备的氢氧化镁的电镜图；

图4为本发明的添加有1g/L聚二硫二丙烷磺酸钠的镁水电池制备的氢氧化镁的电镜图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步说明，但是本发明的实施方式不限于此。

如图1至图4所示，一种高分散改性纳米氢氧化镁的制备方法，包括如下步骤：制备含有改性剂的电解液，以镁材料为阳极，与析氢阴极组成原电池；在原电池反应发电过程中，同时生成氢氧化镁，其中氢氧化镁与改性剂结合，形成包覆结构，原位生成改性氢氧化镁；经过过滤干燥得到高分散性的改性纳米氢氧化镁。

进一步地，所述电解液为含氯离子的溶液。

进一步地，所述电解液的pH值为4-11。

进一步地，所述改性剂为CTAB、EDTA、PVP、PEG、SPS、木质素磺酸钠中的至少一种。

进一步地，所述改性剂的浓度为0.5-5g/L。

进一步地，所述镁材料为含镁的金属材料。

进一步地，所述含镁的金属材料为片状结构或棒状结构。

进一步地，所述含镁的金属材料中镁的纯度大于或等于95％。

进一步地，所述析氢阴极为负载Pt/C催化剂的碳布。

实施例1

配制1M NaCl溶液，添加0.5g/L的EDTA；

采用纯镁片为阳极，负载Pt/C催化剂的碳布为析氢阴极；

接通阳极和阴极，开始发生镁的氧化(Mg→Mg²⁺)和析氢反应(H₂O→H₂)，随着反应进行，溶液的pH值升高直至开始生成Mg(OH)₂沉淀，反应时间为5小时；

反应结束后，用纯水多次过滤清洗Mg(OH)₂沉淀，去除残留的Cl^-,Na⁺和未反应的添加剂。

实施例2

配制1M NaCl溶液，添加2g/L的EDTA；

采用纯镁片为阳极，负载Pt/C催化剂的碳布为析氢阴极；

接通阳极和阴极，开始发生镁的氧化(Mg→Mg²⁺)和析氢反应(H₂O→H₂)，随着反应进行，溶液的pH值升高直至开始生成Mg(OH)₂沉淀，反应时间为5小时；

反应结束后，用纯水多次过滤清洗Mg(OH)₂沉淀，去除残留的Cl^-,Na⁺和未反应的添加剂。

实施例3

配制3M NaCl溶液，添加5g/L的EDTA；

采用纯镁片为阳极，负载Pt/C催化剂的碳布为析氢阴极；

接通阳极和阴极，开始发生镁的氧化(Mg→Mg²⁺)和析氢反应(H₂O→H₂)，随着反应进行，溶液的pH值升高直至开始生成Mg(OH)₂沉淀，反应时间为5小时；

反应结束后，用纯水多次过滤清洗Mg(OH)₂沉淀，去除残留的Cl^-,Na⁺和未反应的添加剂。

实施例4

配制1M KCl溶液，添加0.05g/L的CTAB；

采用纯镁片为阳极，负载Pt/C催化剂的碳布为析氢阴极；

接通阳极和阴极，开始发生镁的氧化(Mg→Mg²⁺)和析氢反应(H₂O→H₂)，随着反应进行，溶液的pH值升高直至开始生成Mg(OH)₂沉淀，反应时间为5小时；

反应结束后，用纯水多次过滤清洗Mg(OH)₂沉淀，去除残留的Cl^-,Na⁺和未反应的添加剂。

实施例5

配制1M KCl溶液，添加0.05g/L的EDTA；

采用纯镁片为阳极，负载Pt/C催化剂的碳布为析氢阴极；

接通阳极和阴极，开始发生镁的氧化(Mg→Mg²⁺)和析氢反应(H₂O→H₂)，随着反应进行，溶液的pH值升高直至开始生成Mg(OH)₂沉淀，反应时间为5小时；

反应结束后，用纯水多次过滤清洗Mg(OH)₂沉淀，去除残留的Cl^-,Na⁺和未反应的添加剂。

实施例6

配制1M NaCl溶液，添加0.05g/L的木质素磺酸钠；

采用纯镁片为阳极，负载Pt/C催化剂的碳布为析氢阴极；

接通阳极和阴极，开始发生镁的氧化(Mg→Mg²⁺)和析氢反应(H₂O→H₂)，随着反应进行，溶液的pH值升高直至开始生成Mg(OH)₂沉淀，反应时间为5小时；

反应结束后，用纯水多次过滤清洗Mg(OH)₂沉淀，去除残留的Cl^-,Na⁺和未反应的添加剂。

使用本发明制备的氢氧化镁，具有较小的片状纳米结构，具有更大的比表面积。

使用本发明制备的氢氧化镁，具有片状纳米结构，尺寸分布具有良好的分散性。

与传统方法相比，本发明技术无需后续的高压反应釜反应，具有工艺简单，一步法原位生长并改性纳米氢氧化镁；本发明不添加强碱，电解液温和，制备过程中无有害废液排放，具有环保的优势；在镁空气/镁水电池制备过程中同时添加改性剂以减小纳米片状结构的尺寸，提高氢氧化镁的分散性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种高分散改性纳米氢氧化镁的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备含有改性剂的电解液，以镁材料为阳极，与析氢阴极组成原电池；在原电池反应发电过程中，同时生成氢氧化镁，其中氢氧化镁与改性剂结合，形成包覆结构，原位生成改性氢氧化镁；经过过滤干燥得到高分散性的改性纳米氢氧化镁；

所述改性剂为聚二硫二丙烷磺酸钠（SPS）、3,3’-二硫代双（1-丙磺酸）二钠中的至少一种；

所述电解液为含氯离子的溶液；所述改性剂的浓度为0.5-5g/L。

2.根据权利要求1所述的高分散改性纳米氢氧化镁的制备方法，其特征在于，所述电解液的pH值为4-11。

3.根据权利要求1所述的高分散改性纳米氢氧化镁的制备方法，其特征在于，所述镁材料为含镁的金属材料。

4.根据权利要求3所述的高分散改性纳米氢氧化镁的制备方法，其特征在于，所述含镁的金属材料为片状结构或棒状结构。

5.根据权利要求3所述的高分散改性纳米氢氧化镁的制备方法，其特征在于，所述含镁的金属材料中镁的纯度大于或等于95%。