均匀沉淀－超临界二氧化碳干燥法制备纳米氧化镁的方法.pdf

均匀沉淀－超临界二氧化碳干燥法制备纳米氧化镁的方法属于纳米材料制备技术领域。主要内容是在水溶液中采用均匀沉淀法制备氢氧化镁沉淀，用乙醇置换出沉淀中的水，再采用超临界CO2干燥法除去沉淀中的乙醇，乙醇经分离器析出回收，CO2可以循环利用。高温煅烧干燥后的氢氧化镁得到纳米级MgO粉体。该方法解决了制备纳米粉体干燥时的团聚问题，并且操作工艺简单，易于实现工业化。纳米氧化镁在陶瓷、搪瓷、医学、化妆品、油漆、纸张和航空、军事、量子器件、微电子学等领域有着广泛的应用前景。

1.  【文件来源】电子申请

2.  【收文日期】2004-9-27

3.  【申请号】

4.  【权利要求项】
【权利要求1】均匀沉淀—超临界二氧化碳干燥法制备纳米氧化镁的方法，其特征在于，包括均匀沉淀法制备沉淀、溶剂置换、超临界CO2干燥和高温煅烧过程，工艺步骤是：
(1)首将尿素和镁盐按摩尔比为2∶1-6∶1配制成镁离子为1-4摩尔/升的水溶液，同时加入镁盐质量百分比的1-5％的分散剂，水浴加热至348-373K并搅拌，反应2-6小时后陈化，抽滤，洗涤；
(2)溶剂置换过程：将过滤洗涤完的沉淀用无水乙醇反复洗涤，每洗涤3-5次更换一次无水乙醇，然后浸泡8-24小时，并抽滤洗涤；
(3)将溶剂置换后的沉淀放入超临界干燥器内，来自钢瓶的CO2气体经冷凝器液化、高压泵加压和加热器升温后，调节CO2流量为1.0-4.0kg/h，加压至8-33MPa，然后升温至305-395K，保持系统恒温恒压2-8小时，缓慢降温至300-365K，当滤饼中的乙醇完全被超临界CO2置换后，调节减压速率为0.05-0.2MPa/min，含有乙醇的CO2进入分离器中，分离出的液体乙醇回收使用，气体CO2循环利用，系统冷却至293-303K后，将干燥样品取出：
(4)将干燥完的样品在623-923K下煅烧2-5小时，得到纳米氧化镁粉体。
【权利要求2】根据权利要求1所述的均匀沉淀—超临界二氧化碳干燥法制备纳米氧化镁的方法，其特征在于，镁盐是氯化镁。
【权利要求3】根据权利要求1所述的均匀沉淀—超临界二氧化碳干燥法制备纳米氧化镁的方法，其特征在于，镁盐是硝酸镁。
【权利要求4】根据权利要求1所述的均匀沉淀—超临界二氧化碳干燥法制备纳米氧化镁的方法，其特征在于，镁盐是乙酸镁。
【权利要求5】根据权利要求1所述的均匀沉淀—超临界二氧化碳干燥法制备纳米氧化镁的方法，其特征在于，镁盐是硫酸镁。
【权利要求6】根据权利要求1所述的均匀沉淀—超临界二氧化碳干燥法制备纳米氧化镁的方法，其特征在于，分散剂是聚乙二醇-400。
【权利要求7】根据权利要求1所述的均匀沉淀—超临界二氧化碳干燥法制备纳米氧化镁的方法，其特征在于，分散剂是聚乙二醇-1000。
【权利要求8】根据权利要求1所述的均匀沉淀—超临界二氧化碳干燥法制备纳米氧化镁的方法，其特征在于，分散剂是聚乙二醇-6000。
【权利要求9】根据权利要求1所述的均匀沉淀—超临界二氧化碳干燥法制备纳米氧化镁的方法，其特征在于，分散剂是十二烷基硫酸钠。

均匀沉淀—超临界二氧化碳干燥法制备纳米氧化镁的方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及纳米MgO粉体制备的新工艺。
背景技术
纳米氧化镁是一种新型的无机功能材料，在陶瓷、搪瓷、医学、化妆品、油漆、纸张和航空等方面有着广泛的应用前景。纳米氧化镁与高聚物或其他材料复合有良好的微波吸收功能。采用纳米氧化镁，不需要烧结助剂便可以实现低温烧结而制成致密的细晶陶瓷，这种陶瓷可望发展成为在高温、高腐蚀条件下使用的尖端材料。同时纳米氧化镁可以作为制备高质量的纳米相氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化铁陶瓷的烧结助剂和稳定剂。纳米氧化镁也可以作为脂肪分解剂和医药品擦光剂。纳米氧化镁薄膜材料可作为PbTiO₃铁电薄膜和YBCO超导膜的单晶基片材料和高温超导介电绝缘材料，在军事、量子器件、微电子学等领域有着重要的应用前景。
根据反应物料的状态，纳米氧化镁的制备方法可分为气相法、固相法和液相法。气相法可分为物理气相沉积PVD和化学气相沉积CVD两种。以上两种气相法制备的纳米氧化镁粒子纯度高、粒度分布窄、分散性好。但是气相法对设备要求高，制备温度要求高，因此能耗大，化学气相沉积法还会产生有害气体。而且产品收集困难，所以要想实现大规模的工业化生产还有很多问题需要解决。固相法很难制备出粒径小于100nm的氧化镁粒子，需要采用强化粉碎的手段，容易引入杂质，粒子形貌也难以控制。液相法是目前纳米氧化镁粉体合成的主要手段，根据工艺过程地不同液相法可分为直接沉淀法、均匀沉淀法、反向沉淀法等。团聚问题一直是纳米粉体制备的一大难题，因为团聚伴随着纳米粉体的液相制备、干燥、储藏以及应用过程中，团聚体的存在会严重影响纳米材料的性能，如成型、分散和烧结等。液相法制备纳米氧化镁时，加入适当的分散剂可以解决液相反应阶段的团聚问题，但是采用普通干燥法对粉体进行干燥时团聚仍然很严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、生产生本低廉、易于实现工业化放大生产高品质纳米氧化镁的均匀沉淀—超临界二氧化碳干燥法制备纳米氧化镁的方法。
本发明的技术解决方案是：包括均匀沉淀法制备沉淀、溶剂置换、超临界CO₂干燥和高温煅烧过程，工艺步骤是：
(1)首将尿素和镁盐按摩尔比为2∶1-6∶1配制成镁离子为1-4摩尔/升的水溶液，同时加入按质量百分比1-5％的分散剂，水浴加热至348-373K并搅拌，反应2-6小时后陈化，抽滤，洗涤；
(2)溶剂置换过程：将过滤洗涤完的沉淀用无水乙醇反复洗涤，每洗涤3-5次更换一次无水乙醇，然后浸泡8-24小时，并抽滤洗涤，水被完全置换；
(3)将溶剂置换后的沉淀放入超临界干燥器内，来自钢瓶的CO₂气体经冷凝器液化、高压泵加压和加热器升温后，调节CO₂流量为1.0-4.0kg/h，加压至8-33MPa，然后升温至305-395K，保持系统恒温恒压2-8小时，缓慢降温至300-365K，当滤饼中的乙醇完全被超临界CO₂置换后，调节减压速率为0.05-0.2MPa/min，含有乙醇的CO₂进入分离器中，分离出的液体乙醇回收使用，气体CO₂循环利用，系统冷却至293-303K后，将干燥样品取出；
(4)将干燥完的样品在623-923K下煅烧2-5小时，得到纳米氧化镁粉体。
镁盐是氯化镁。
镁盐是硝酸镁。
镁盐是乙酸镁。
镁盐是硫酸镁。
分散剂是聚乙二醇-400。
分散剂是聚乙二醇-1000。
分散剂是聚乙二醇-6000。
分散剂是十二烷基硫酸钠。
本发明所达到的有益效果是：
1、以二氧化碳代替乙醇等常规溶剂进行超临界干燥，操作温度和压力显著降低，能耗低，工艺简单，容易控制；
2、本发明工艺易于实现工业化放大生产；
3、本方法合成的纳米氧化镁粉体具有颗粒小、单分散性好、比表面积大、吸附性能好等特点。
4、本发明采用超临界CO₂干燥法制备纳米氧化镁粉体很好地解决了干燥过程粉体团聚体的产生。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的工艺流程图。
图2是本发明制备出的纳米氧化镁颗粒的X射线衍射图。
图3是本发明制备出的纳米氧化镁颗粒的透射电镜图。
具体实施方式
(1)将101.5克六水合氯化镁、120.0克尿素和250克水放入1000毫升的三口烧瓶，同时加入1.0克聚乙二醇-1000和0.8克聚乙二醇-400，水浴加热到363K，反应4小时，陈化5小时，抽滤，用去离子水洗涤，直至用硝酸银溶液检测无氯离子。
(2)用无水乙醇洗涤沉淀10次，然后浸泡24小时，抽滤，再洗涤6次，以保证水被完全置换。
(3)将(2)得到的产物放入超临界干燥器内，来自钢瓶的CO₂气体经冷凝器液化、高压泵加压和加热器升温后，达到超临界状态，在16MPa和333K保持恒温恒压3小时，当滤饼中的乙醇完全被超临界CO₂置换后，调节减压速率为至0.1MPa/min，含有少量乙醇的CO₂混合物进入分离器中，分离出的液体乙醇回收使用，气体CO₂循环利用，待系统冷却至室温后，从干燥器中取出干燥样品。
(4)干燥样品在773K下煅烧3小时，得到粒径为20nm的氧化镁粉体。