共沉淀法制备纳米氧化镁的研究

  • Uploaded by: Zhiming Zheng
  • 0
  • 0
  • April 2020
  • PDF

This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA


Overview

Download & View 共沉淀法制备纳米氧化镁的研究 as PDF for free.

More details

  • Words: 1,131
  • Pages: 3
河南化工               HENAN CHEM ICAL INDUSTRY 2007 年  第 24 卷

・2 4 ・

共沉淀法制备纳米氧化镁的研究 张  浦 , 侯建国 , 张  芳 (南昌理工学院 生物与环境工程系 , 江西 南昌  330013)

摘  要 : 以氯化镁与碳酸钠为原料 ,采用共沉淀法 ,研究了反应溶液的 pH 值 、 反应物浓度 、 反应温度 、 反应时间和煅 烧温度对制备纳米氧化镁粉体的影响 ,通过透射电镜 ( TEM ) 、X 射线衍射 ( XRD ) 、 热重分析 ( TG) 对样品的性能进 行测试 ,获得纳米氧化镁平均粒径约 12 nm ,且分布较均匀 。 关键词 : 纳米 ; 氧化镁 ; 制备 ; 共沉淀法 中图分类号 : TQ132. 2    文献标识码 : A    文章编号 : 1003 - 3467 (2007) 06 - 0024 - 02

Research on Prepara tion of Nanom eter M gO w ith the Sed im en ta tion M ethod ZHANG Pu , HO U J ian - guo , ZHANG Fang (Departm ent of B iology and Environm ent Engineering , Nanchang Institute of Technology , Nanchang  330013 , China ) Abstract: The nanometer M gO is p repared by the sedim entation method w ith M gC l2 and Na2 CO3 as raw m aterials. The m ain influencing factors, such as pH value of the reaction, the reactant density, the reac2 tion temperature, and the calcining temperature for p reparing nanometer M gO powder are investigated. The p roperty ofM gO samp le is tested w ith the transm ission electronic m icroscope ( TEM ) , the X - ray dif2 fraction analysis ( XRD ) and the thermogravim etry ( TG) . The p roduct has an average diameter of 12 nm w ith good sphere - shaped. Key words: nanometer ; M gO ; p reparation ; sedim entation m ethod

  纳米氧化镁是一种新型高功能无机材料 , 由于 颗粒细微化而具有不同于本体材料的热 、 光、 电、 力



学和化学等方面的特殊性能 。最近人们又发现 , 在 - [1] 水溶液中 ,纳米氧化镁表面能够产生 O2 , 从而具 有抗菌能力 。纳米氧化镁的合成方法有气相沉积 法、 溶胶凝胶法及金属醇盐水解法 ,但均存在一定缺 陷 。本文采用共沉淀法制备纳米氧化镁 , 原料价格

搅拌下的滴加法 ,适当控制滴加速度 ,在高速搅拌下 将六水氯化镁溶液滴入碳酸钠溶液中 , 实验中控制 反应溶液 pH 值为 10 左右 , 反应制得碱式碳酸镁 , 将生成的碱式碳酸镁充分洗涤后于 80 ℃干燥 2 h, 然后在 550 ℃下煅烧 60 m in 得到产品纳米氧化镁 。

低廉 ,工艺简单 ,对设备要求不高 ; 且能耗小 ,适合工 业生产 ,所制得的纳米氧化镁分散均匀 ,平均粒径在 12 nm 左右 。

1. 3  材料的表征方法

1  实验部分 1. 1  实验原料

无水碳酸钠 ,六水氯化镁 , 表面活性剂 A , 表面 活性剂 B ,均为分析纯 。 1. 2  实验方法

取一定 浓 度 的 六 水 氯 化 镁 和 无 水 碳 酸 钠 溶 ,加入一定量的表面活性剂 A 与 B , 采用高速

[2]

TEM 采用日本的 H itach 公司的 H - 600 透射电

镜 。 XRD 采用日本日立公司的 D /MAX - 3C 全自 动 X 射线衍射仪检测 。 TG采用日本岛津的 CRY 2 ( P )型差热分析仪进行检测 。

2  结果与讨论 2. 1  反应物浓度的影响

表 1 是在其它条件不变下 ,改变反应物氯化镁

  收稿日期 : 2007 - 03 - 26   作者简介 : 张  浦 ( 1980 - ) ,女 ,助教 ,从事无机化学和应用化学方面的教学与研究工作 ,电话 : 13870614329。

第 6 期               张浦等 : 共沉淀法制备纳米氧化镁的研究

・2 5 ・

的浓度 ,所得产品氧化镁的粒径 。从表 1 可以看出 , 随反应浓度的增大 ,产物粒径有增长趋势 ,氧化镁浓 度在 0. 1 mol/L 时所得产物粒径最小 。这是由于溶 液浓度对粒子生成和长大速度均有影响 , 但对粒子 生成速度影响稍大 , 因为增大溶液浓度更有利于晶 粒数目的增多 。但是由于实验中氯化镁是缓慢滴 加 ,并控制体系的 pH 值不变 ,这就控制了粒子的生 成速度 ,当浓度过高时 ,生成的粒子容易长大 。 表 1  反应物浓度对所得产品粒径的影响 浓度 /mol・L - 1

0. 05

0. 1

0. 2

0. 3

平均粒径 / nm

28

25

78

112

2. 2  反应时间的影响

反应时间对产物粒径的影响见图 1。从图 1 可 以看出 ,当浓度 、pH 值及其它条件不变时 ,随着反应 时间的增加 ,粒子在不断的长大 ; 因此 , 适宜的反应 时间至关重要 。

图 3  反应溶液 pH 值对产物粒径的影响

  由图 3 可以看出 ,随着 pH 值的增大 ,生成产物 粒径迅速减小 ; pH 值到达 10 左右时 ,生成产物粒径 最小 ; 当继续增大反应溶液 pH 值时 ,粒径又有缓慢 增大的趋势 。分析可能是由于 pH 值较小时 , 反应 不容易进行 ,生成粒子数目较小 ,所以得到产物粒径 较大 ; 而 pH 值过大时 ,纳米粒子的沉淀生长速率大 于生成速率 ,所得粒子粒径又有增大趋势 。 2. 5  煅烧温度与煅烧时间的影响 为了确定适宜的煅烧温度 , 在反应温度 30 ℃, 保持反应溶液 pH 值为 10 ~10. 5,反应物浓度为 0. 1 mol/L ,表面活性剂溶液加入量为体积百分比 6% , 反应时间 60 m in 的条件下 , 制得前驱物 , 并对前驱 物做了热重分析 , TG曲线见图 4。

图 1  反应时间对产物粒径的影响

2. 3  反应温度的影响

反应温度对产物粒径的影响见图 2。实验发 现 ,当温度由低温逐渐升高时 , 粒子粒径有减小趋 势 ,但温度升高到 30 ℃以后 , 粒径急骤增大 , 所以 , 30 ℃时反应生成粒子粒径最小 。

图 2  反应温度对产物粒径的影响

2. 4  pH 值的影响

实验发现 , 当反应溶液显酸性时 ( pH 值 ≤7 ) , 生成沉淀硬团聚非常严重 ,很难机械研磨粉碎 ; 当反 应溶液呈碱性时 ( pH 值 > 7 ) , 生成沉淀物分散较 好 ,易粉碎 ,且粒径较小 。反应溶液 pH 值对产物粒 径的影响见图 3。

图 4  纳米 M gO 的 TG曲线

  由 TG曲线可以看出 ,当温度为 550 ℃时 ,前驱 物分解完全 ,基本恒重 ; 并且可以看出 , 前驱物在温 度升高时 , 经历了三次较大的失重 : 第一次 ( 60 ~ 180 ℃)为碱式碳酸镁失去游离水的过程 ; 第二次 ( 360 ~460 ℃)在碱式碳酸镁分解失去 H2 O 和一部 分 CO2 的过程 ; 第三次 ( 500 ~540 ℃) 为碳酸镁分 解释放 CO2 过程 。当煅烧温度过高时 ,所得产品团 聚严重 。因此 ,实验中选取 550 ℃为前驱物煅烧温 度。 2. 6  表面活性剂的影响 在本实验中 ,通过一系列筛选 ,最终选择表面活 性剂 A、B 作为制备纳米氧化镁所用表面活性剂 ,并 且发现 ,表面活性剂 A 与 B 复合使用时所得产物的 粒径较小 , 当复合表面活性剂量为表面活性剂 A水 (下转第 40 页 )

河南化工               HENAN CHEM ICAL INDUSTRY 2007 年  第 24 卷

・4 0 ・

了产品质量 ; 而且对管线冲击强烈 ,引起管线移位较 大 。另外 , 气源压力大 , 输送较快 , 虽然不断有来自 切粒机的切片进入缓冲罐 , 但由于生产负荷和切粒 机额定输出 ,限制了进入缓冲罐的切片量 ,导致大量 的时间系统处于待料状态 。但输送压力也不能过 小 ,因为压力太小 , 输送缓慢 , 不能保证缓冲罐中切 片及时被送出 ,缓冲罐中切片越积越多 ,会导致缓冲

由于输送是脉冲式的 ,每次送料时 ,对管线冲击 都很大 ,容易使输送管线发生移位 。尤其输送管线 拐弯较多 ( 4 处 ) , 移位更严重 , 甚至发生管线断裂 。 为防止管线损坏影响生产 , 对管线拐弯处采用圆弧 过渡 ,并对管线支架进行加固 。 3. 7  其它措施 为了保证系统平稳运行 ,加强对系统巡检 ,在缓

罐冒罐 ; 而且压力小时输送管线容易堵塞 。经过实 际分析 ,对输送压力不断调整 ,将输送压力设为 0. 1 M Pa,既降低了粉尘量和管线震动 , 也能将缓冲罐中 的切片及时送出 ,大大减少了待料时间 ,同时也能够 满足负荷变化的要求 。

冲罐处设日常巡检点 ,要求定时查看系统运行情况 。 另外 ,熟悉系统手动送料操作程序 , 在 PLC 不能自 动运行时 ,可以进行手动控制输送 。如图 1 所示 ,在 系统停止状态下 , 将操作盘上“自 /手动 ” 开关打到 “手动 ” 位置 , 根据模拟板上阀门的状态 , 按照系统

3. 5  仪表设备改进

自动送料顺序 ,操作按钮进行手动送料 。

缓冲罐中设计有料位开关 , 但由于缓冲罐形状 (罐高 3 500 mm、 直径 3 200 mm ) 和进料口直径小 ( 150 mm )的影响 , 容易使物料堆积 , 导致进料口已 被堵死 ,而料位高报探头处却没有物料的现象 ; 再加

与连续输送系统相比 ,本系统输送能力大 ,输送 成本低 。通过优化改造后切片中粉尘含量相对较

上进料口位置离高报探头较远 , 造成了有时已达到 料位高报 ,但高报开关不动作的虚假现象 。为此 ,将 原来 170 mm 的音叉开关 , 改成 450 mm 的音叉开 关 ,使检测点能进入到罐中更有效的位置 ,以达到料 位报警及时准确的目的 。

低 ,运行比较可靠 。但系统中阀门动作频繁 ,尤其下 料阀 XV29054 为偏心球阀 ,结构和安装方式都比较 特殊 ,而且物料为粒状 , 容易引起阀体卡堵 ; 因此应 加强日常维护和购买相应的备件 , 并制定完善的事 故预案 。

4  结论和建议

3. 6  管线改造

(上接第 25 页 )

溶液 (体积百分含量 10% )加入量为 3% (体积比 ) , 表面活性剂 B 加入量为 0. 06 g / ( 100 mL ) 时 , 由产 物的 TEM 图可知 ,产品粒径最小且分散均匀 。

  以氯化镁和碳酸钠为原料 , 添加表面活性剂 A 与 B 制得的前驱物在适宜温度下煅烧制备纳米氧 化镁的工艺是可行的 。此工艺简单 、 原料价格低廉 、

2. 7  产物的 XRD 分析

能耗小 ,易中试放大 。 共沉淀法制备纳米氧化镁的粒径最佳工艺条件 是 : 反应温度 30 ℃,反应溶液 pH 值为 10 ~10. 5,反 应物浓度为 0. 1 mol/L 复合表面活性剂溶液加入量 为表面活性剂 A 水溶液 (体积百分含量 10% ) 加入 量 的 3 % (体积比 ) , 表面活性剂 B加 入量 为 0. 0 6 g / ( 100 mL ) ,反应时间 60 m in,煅烧温度 550 ℃。

图 5  氧化镁的 X 射线衍射图

图 5 为纳米氧化镁的 X 射线衍射分析图 , 由 XRD 图可看出 ,所得产品的 X 射线衍射图谱与氧化 镁标准图谱基本吻合 , 纳米氧化镁两处衍射峰都出 现了宽化 ,这是由于粒子细小引起的 ,由谢乐公式可 计算得纳米氧化镁粒径为 11. 9 nm。

参考文献 : [ 1 ]  Sawai J, Kojim a H , Igarashi H , et al. Antibacterial chrarc2 teristics of magnesium oxide powder[ J ]. W orld Journal of M icrobiology & B iotechnology, 2000, 16: 187 - 194. [ 2 ]  蒋红梅 , 郭人民 , 赵小玲 . 沉淀转化法制备纳米氧化

镁及改性工艺研究 [ J ]. 西北大学学报 , 2004, 34 ( 3 ) :

3  结论

306 - 308.

More Documents from "Zhiming Zheng"

April 2020 10
April 2020 3
April 2020 9
April 2020 18
April 2020 3
April 2020 8