一种氢氧化镁六方纳米片的合成方法.pdf

本发明公开了一种氢氧化镁六方纳米片的合成方法。将一定摩尔硝酸镁和水合肼溶于去离子水中，充分搅拌形成白色沉淀，将上述配好的溶液放入高压釜中，填充度为80～90％，在150～200℃处理6～24小时；最后将处理好的溶液离心、干燥，就获得了规则氢氧化镁六方纳米片。本发明以水合肼作为矿化剂，无需任何络合剂或表面活性剂的辅助，实现了形状规则的氢氧化镁六方纳米片的合成，该纳米片直径约500纳米，厚度约40纳米，呈六方片状结构，粒径均一，具有较好的分散性。对工业合成氢氧化镁纳米片有一定的意义。

1、  一种氢氧化镁六方纳米片的合成方法，其特征在于该方法的步骤如下：
1)将硝酸镁溶于去离子水中，控制硝酸镁的摩尔浓度为0.01～0.2摩尔/升，搅拌；
2)磁力搅拌下向上述溶液中加入摩尔数为硝酸镁1.2～3倍摩尔数的水合肼，形成白色沉淀，继续搅拌；
3)将最终配好的溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，填充度为80～90％，在150～200℃下处理6～24小时；
4)将处理好的溶液离心、干燥就获得了形状规则的氢氧化镁六方纳米片。

2、  根据权利要求1所述的一种氢氧化镁六方纳米片的合成方法，其特征在于：采用水热工艺，以水合肼作为矿化剂。

一种氢氧化镁六方纳米片的合成方法
技术领域
本发明涉及一种氢氧化镁六方纳米片的合成方法。
背景技术
氢氧化镁功能广泛，作为阻燃剂兼具阻燃、抑烟、阻滴、抗酸以及填充等功能，且本身无毒无味，燃烧时不产生有毒气体和腐蚀气体，不腐蚀模具，不产生二次污染。尤其适合与加工温度高的PP、PA等聚合物配合使用。普通氢氧化镁多为六方晶型或无定形晶体，它的晶体碎片中最大长度与最小长度之比一般小于5，且在(101)方位的扭曲值较大，这使得当它作为阻燃剂填充到塑料中去时，对材料的机械强度影响很大，尤其是冲击强度及伸长率下降很多，同时所得到的树脂混合物在熔化成型时的加工流动性能恶化，成型后的制品外观常常出现银纹。采用纳米氢氧化镁做阻燃剂可以有效避免上述缺陷。
纳米氢氧化镁还可以在化工行业作为催化剂及制造其它镁的化合物、陶瓷玻璃等原料，在医学上亦可用作抑酸剂等。由于氢氧化镁是一种表面极性很强的化合物，常规方法合成的产物往往比表面积大、粒子间易于团聚，直接影响添加到高分子中时的分散性及相溶性，影响复合材料的加工性能，如何利用简单、低成本工艺大规模地制备性能良好的氢氧化镁正成为人们日益关注的焦点。常用制备纳米材料的方法有：直接沉淀法、均匀沉淀法、超重力和水热法等合成方法。其中以水热工艺最为简单，且成本低、产量大、易于控制等优点，目前已成为一种制备纳米材料的有效方法。传统水热法制备氢氧化镁，一般以氢氧化钠为矿化剂来合成氢氧化镁(Y.Ding，G.T.Zhang，H.Wu，B.Hai，L.B.Wang，Y.T.Qian，Chem.Mater.，13，435-440(2001))，但该方法需要添加一定分散剂，其具有生成物颗粒分散不均匀，形状不规则等缺点(Y.D.Li，M.Sui，Y.Ding，G.H.Zhang，J.Zhuang，C.Wang，Adv.Mater.12(11)(2000)818)。本文提出的新型水热工艺，以水合肼作为矿化剂，无需任何络合剂或表面活性剂的辅助，实现了形状规则的氢氧化镁六方纳米片的合成，对工业合成氢氧化镁纳米片有一定的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氢氧化镁六方纳米片的合成方法，是以硝酸镁、水合肼为反应物，通过水热法合成，无需任何络合剂或表面活性剂的辅助，实现了形状规则的氢氧化镁六方纳米片的合成。
本发明采用的技术方案步骤如下：
1)将硝酸镁溶于去离子水中，控制硝酸镁的摩尔浓度为0.01～0.2摩尔/升，搅拌；
2)磁力搅拌下向上述溶液中加入摩尔数为硝酸镁1.2～3倍摩尔数的水合肼(N₂H₄·H₂O)，形成白色沉淀，继续搅拌；
3)将最终配好的溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，填充度为80～90％，在150～200℃下处理6～24小时；
4)将处理好的溶液离心、干燥就获得了形状规则的氢氧化镁六方纳米片。
本发明具有的有益效果是：
本发明是以硝酸镁为反应物，水合肼为矿化剂，通过简单的水热工艺合成出形状规则的氢氧化镁六方纳米片，避开了传统水热方法需要加入络合剂或者表面活性剂的辅助，该纳米片直径约500纳米，厚度约40纳米，呈六方片状结构，粒径均一，具有较好的分散性。
附图说明
图1是实施例1所得产物的XRD图谱；
图2是实施例1所得产物的扫描电镜照片；
图3是实施例2所得样品100～370℃之间的原位XRD图谱，其中(a)100℃；(b)200℃；(c)300℃；(d)330℃；(e)370℃；
图4是实施例3所得样品的透射电镜照片；
图5是实施对比例所得样品的扫描电镜照片。
具体实施方式
实施例1：
取1.58克硝酸镁(Mg(NO₃)₂·2H₂O)溶于80毫升去离子水中，硝酸镁摩尔浓度为0.107摩尔/升，搅拌3分钟后，加入0.642g水合肼(N₂H₄·H₂O，纯度80％)，水合肼摩尔浓度为0.1284摩尔/升，形成白色沉淀，继续搅拌8分钟，把上述配好的溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，填充度为80％，内衬容积为100毫升。该溶液在150℃下处理24小时，把处理好的溶液离心、干燥，获得形状规则的氢氧化镁六方纳米片。图1是该产物的XRD图谱，图中各个衍射峰位置与氢氧化镁(Mg(OH)₂)的标准卡片(JCPDS No.07-0239)一致，说明所得样品为单一相的Mg(OH)₂。图2(a)，2(b)为本例所得产物的扫描电镜照片，从图2(b)中可以看出产物为六方片状结构，直径约500纳米，厚度约40纳米，粒径均匀，分散性好。
实施例2：
将0.1472克硝酸镁溶于80毫升去离子水中，硝酸镁摩尔浓度为0.01摩尔/升，搅拌4分钟后，加入0.15克水合肼(N₂H₄·H₂O，纯度80％)，水合肼摩尔浓度为0.03摩尔/升，形成白色沉淀，继续搅拌10分钟，把上述配好的溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，填充度为80％，内衬容积为100毫升。该溶液在200℃下处理15小时，把处理好的溶液离心、干燥。图3是该产物100～370℃之间的原位XRD图，从图中可以看出，在2θ为38°左右有明显衍射峰，当温度低于330℃时，随着温度升高，该衍射峰强度逐渐减弱，当温度升至370℃时，该衍射峰消失，结果表明在330℃到370℃之间，氢氧化镁发生了脱水反应。氢氧化镁受热发生脱水反应吸收0.77kJ/g的热量，从而抑制了温度的上升，降低燃烧速度，同时产生的水蒸气能稀释可燃性气体，起到有效的阻燃作用。
实施例3：
将3.128克硝酸镁溶于85毫升去离子水中，硝酸镁摩尔浓度为0.2摩尔/升，搅拌5分钟后，加入2.125克水合肼(N₂H₄·H₂O，纯度80％)，水合肼摩尔浓度为0.4摩尔/升，形成白色沉淀，继续搅拌12分钟，把上述配好的溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，填充度为90％，内衬容积为100毫升。该溶液在200℃下处理6小时，把处理好的溶液离心、干燥。图4为样品的透射电镜照片和电子衍射花样图(插图)，从图4可以清晰观察出，产物为粒径分布均匀的薄片状。从电子衍射花样分析可知产物具有六方结构。
对比例：
将1.58克硝酸镁溶于80毫升去离子水中，硝酸镁摩尔浓度为0.107摩尔/升，搅拌5分钟后，加入0.41g氢氧化钠，氢氧化钠摩尔浓度为0.1284摩尔/升，形成白色沉淀，继续搅拌10分钟，把上述配好的溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，填充度为80％，内衬容积为100毫升。该溶液在150℃下处理24小时，把处理好的溶液离心、干燥。图5为本例所得产物的扫描电镜照片，可以看出氢氧化镁颗粒形状不规则，且易于团聚。