[发明专利]一种形貌可控氧化镁纳米晶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种形貌可控氧化镁纳米晶的制备方法。

背景技术

随着在电子、电器、冶金、光学仪表、国防等领域的应用不断扩大，对于高纯氧化镁的需求量逐年增加，综合价格不断上升，高纯纳米氧化镁粉体产业迎来了极大的机遇、发展和挑战。目前国际上高纯氧化镁产品的供应商多集中在美国、日本、俄罗斯等少数国家，且这些国家主要以卤水作为镁源来制备高品质氧化镁粉体。我国虽然拥有非常丰富的镁资源，但是我国高端氧化镁的自给量只有需求量的十分之一，且多由煅烧优质菱镁矿法制备。该法能耗高、三废多、环境污染较严重，且优质矿产资源面临枯竭的危险。目前由卤水富产物水氯镁石制备氧化镁的方法主要有石灰乳法、碳铵法、氨法、纯碱法、碳铵氨水热结法、水氯镁石直接热结法等等，但是只有碳铵法可实现高纯氧化镁纳米晶的制备，但是，该法以碳酸氢铵为沉淀剂，蒸发水量大，步骤长，热能耗量达，生产成本高，且反应体戏中游离铵浓度高，易导致工人操作环境差、环境污染严重等问题。

目前常用的纯碱碳化-煅烧法制备的氧化镁反应机理如下所示：

上述反应中，在反应体系中只要具备足够浓度的CO₃^2-,就可以形成碱式碳酸镁，从而通过高温煅烧就可以制备出氧化镁粉体。该方法通过生成碱式碳酸镁的中间体解决了过滤难的问题，但是常用的采用纯碱碳化沉镁制备氧化镁的品质很容易受Na的影响，且产品存在形貌大小不易控制的问题。

发明内容

为了克服现有技术中氧化镁的形貌不容易控制的问题，本发明中在纯碱碳化-煅烧法的基础上，探索新的制备方案，进而解决纳米晶过滤困难、纳米粒子尺寸大等问题。

针对现有纳米氧化镁制备技术中材料易团聚、过滤难、产品纯度易受反应物影响等问题，本发明采用鼓泡法在镁盐水溶液中通入CO₂气体，利用CO₂作为碳源生成碱式碳酸镁的中间体，解决了氧化镁纳米粉体制备过程中所面临的困难。

本发明提供的方法包括：

(1)将水溶性镁盐或其水合物溶解于碱性缓冲溶液中，形成0.3mol/L镁盐的水溶液；

(2)将二氧化碳气体以鼓泡的形式通入镁盐的水溶液中；

(3)加热上述溶液，并反应1～4小时；

(4)步骤(3)所得样品进行过滤，并用去离子水洗涤至中性，最后用无水乙醇洗涤1～2次；

(5)将步骤(4)所得白色沉淀物在50-80度烘干；

(6)煅烧烘干后的产品，控制煅烧温度在300～900度，煅烧时间为3-5小时。

优选的，所述水溶性镁盐为氯化镁、硝酸镁或硫酸镁，或相应盐的水合物。

优选的，所述镁盐的浓度为0.1-0.5mol/L。更优选的，所述镁盐的浓度为0.2-0.4mol/L，其可以进一步优选为0.3mol/L。

优选的，所述缓冲溶液酸碱度为8-12。

更优选的，所述pH范围为9.5-10.5，优选10，该pH范围可以制备获得50nm球状氧化镁纳米粒子。

更优选的，所述pH范围为10.5-11.5，优选11，该pH范围可以制备获得三维短树叉状氧化镁纳米粒子。

当在400度焙烧后得到片状氧化镁纳米粉体。

优选的，步骤(3)反应温度为20～80度，更优选60-80摄氏度。在室温-80度之间反应，可以制备获得氧化镁纳米粉体，在60摄氏度时反应产率最高。

优选的，所述煅烧温度为600-900摄氏度，更优选750-800摄氏度。在400度焙烧后即可以得到片状氧化镁纳米粉体。

步骤(1)中，不同酸碱度的缓冲溶液可以直接用氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等碱性溶液调节反应体系酸碱度来实现对反应体系酸碱度的控制，高纯二氧化碳气体可以用工业级二氧化碳代替。所述的缓冲溶液为本领域技术人员公知的术语，任何pH范围在8-12的pH缓冲溶液均可以应用于本发明氧化镁纳米晶的制备。

优选的，所述二氧化碳的鼓入速度为1泡/s。本领域技术人员也可以根据需要，例如根据容器的体积灵活调整二氧化碳的通入速率。

本发明以二氧化碳为碳化剂，采用鼓泡法在反应体系中二氧化碳气体，制备出了纯度在99.0％以上的纳米氧化镁粉体，并通过控制反应温度(室温-80度)、反应时间(1-4小时)制备了具备三维短树叉状、圆球形、片状的立方晶型氧化镁纳米晶体。该纳米晶体粒径大小5r0nm左右、粒径均一性较高。