基本信息
- 项目名称：
- 氨循环变温法制备纳米级氢氧化镁
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 氢氧化镁是应用广泛的无机添加型阻燃剂，与有机阻燃剂相比具有不挥发，无腐蚀性，不产生有毒气体等优点。应用化学沉淀方法制得晶型规则，高分散性，不易聚团，在材料中分散性好的，纳米或超细氢氧化镁颗粒，一直是该领域的研究热点。 本课题采用“氨全循环，变温”的方法，以氧化镁矿石（轻烧粉）为主要原料，氯化铵作媒介，通过改变体系温度不断通入氨气，制取高纯度，高分散的纳米级的氢氧化镁晶体颗粒。
- 详细介绍：
- 氢氧化镁是应用广泛的无机添加型阻燃剂，与有机阻燃剂相比具有不挥发，无腐蚀性，不产生有毒气体等优点。应用化学沉淀方法制得晶型规则，高分散性，不易聚团，在材料中分散性好的，纳米或超细氢氧化镁颗粒，一直是该领域的研究热点。 本课题采用“氨全循环，变温”的方法，以氧化镁矿石（轻烧粉）为主要原料，氯化铵作媒介，通过改变体系温度不断通入氨气，制取高纯度，高分散的纳米级的氢氧化镁晶体颗粒。并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对其进行了结构表征。实验研究了液相体系中氢氧化镁过饱和度随温度的变化，分析讨论了过饱和度对氢氧化镁合成的影响及高分散微细氢氧化镁的形成机理。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 氢氧化镁是重要的添加型无机阻燃剂、重金属脱除剂、酸性废水的中和剂、烟气脱硫剂，在美国、日本、西欧等地区有着广泛生产和应用。我国对氢氧化镁的需求正逐年增加，特殊形貌的氢氧化镁的制备成为该领域研究的热点。本课题根据氢氧化镁低温结晶时成核过程中过饱和度较大，成核较多，而高温下结晶生长过程制备的颗粒形貌较好的情况，将两者结合起来提出了以氯化镁作为镁源、氨气作为沉淀剂，“变温法”一步制备阻燃剂级氢氧化镁。
科学性、先进性及独特之处
- 特殊形貌的氢氧化镁的制备方法集中于添加表面活性剂的方法。这类方法不适合工业生产。本课题根据现有实验数据，结合低温成核过程和高温结晶生长过程，提出通过改变体系温度控制氢氧化镁形貌的方法。该方法在国内外尚未见报道，具有一定的科学先进性。同时结合了氨气循环工艺，使该工艺过程更加适用于工业生产，产品为纳米级、高纯度、高分散、低比表面积的适用于阻燃剂的氢氧化镁颗粒，产品质量达到国际水平。
应用价值和现实意义
- 氢氧化镁以其较好的物理、化学特性广泛应用于多个领域，成为工业应用、科学研究的热点之一。我国目前氢氧化镁产品质量较差，价格仅是进口产品的十分之一，限制了我国氢氧化镁行业的发展。高质量的氢氧化镁产品颗粒具有高分散、超细化、超纯化且形貌特殊的特点。本课题提出的氨循环变温法一步制备纳米级氢氧化镁的工艺，与国内其他方法相比具有工艺简单、产品质量较好的优点，对制备高质量氢氧化镁工业生产具有重要的参考价值。
学术论文摘要
- 以工业轻烧氧化镁为原料，通过蒸氨反应制得精制氯化镁溶液和储备氨气，并以储备的氨气为沉淀剂通入氯化镁溶液中，在不加入表面活性剂的条件下，通过变温反应，控制反应体系过饱和度由高降低，制备出高分散纳米级氢氧化镁粉体，并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对其进行了结构表征。实验研究了液相体系中氢氧化镁过饱和度随温度的变化，分析讨论了过饱和度对氢氧化镁合成的影响及高分散纳米级氢氧化镁的形成机理。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]X.Li,G.B.Ma,and Y.Y.Liu.Synthesis and Characterization of Magnesium Hydroxide Using a Bubbling Setup Ind.Eng.Chem.Res., 2009,48(2),763-768. [2]徐胜博等.氨气鼓泡法一步反应制备颗粒形状统一的氢氧化镁方法.申请号/专利号200910011079.
同类课题研究水平概述
- 氢氧化镁是一种无机弱碱类化工产品，具有活性较高、吸附能力较强、使用安全、无腐蚀性、无毒、无害等诸多特性。作为重要的添加型无机阻燃剂、重金属脱除剂、酸性废水的中和剂、烟气脱硫剂，氢氧化镁在各个应用领域都表现出了其优于其他同类化工产品的优势，因此被称为“绿色安全中和剂”、“环境友好阻燃剂”等，成为工业应用、科学研究的热点之一。 氢氧化镁系列化工产品具有广阔的应用前景，其生产和消费主要集中在日本、北美、欧洲等经济发达地区。我国虽然具有丰富的镁资源，但不论是氢氧化镁的消费量还是产量，都与上述发达地区有较大差距，2010年我国氢氧化镁总产量约为100kt，仅相当于日本的六分之一，美国的三分之一。2009年我国氢氧化镁的消费量约100kt，其中约10%依靠进口，同时我国也出口近20kt的氢氧化镁产品。值得注意的是，由于我国氢氧化镁产品远达不到进口产品的质量，出口产品价格仅是进口氢氧化镁价格的十分之一。 针对我国氢氧化镁行业的现状，有两个突出的问题亟待解决：一是扩大产能，充分利用我国丰富的镁资源优势。二是改善氢氧化镁产品质量，增加产品附加值，提高国际竞争力。 近年来，科研院校与企业的合作逐渐加强，使我国氢氧化镁产品质量逐渐提高，产量也逐年上升。我课题组于2008年开始进行阻燃剂级氢氧化镁的研究，并已经取得了一些重要研究成果，且实现了工业生产。 国外近年在氢氧化镁的应用和形貌学研究中取得了一些重要的成果。以色列死海集团公司以高浓度氯化镁卤水为原料，采用高温裂解-水合工艺制备氢氧化镁阻燃剂，由此法制备的氢氧化镁适用于多种聚合物的阻燃填充剂。英国Linday and williams公司最近开发了一种新型氢氧化镁阻燃剂，商品名称为Megolon D93，适合在电缆、电线方面应用。Henrist, C等人研究了合成参数和不同镁盐对稀溶液介质中的氢氧化镁纳米颗粒形貌的影响，制备出片状的纳米氢氧化镁粉体。并通过颗粒大小分配、晶体习性、形貌和在水中重新分散的能力对粉体进行表征。 近十年来，国内很多知名大学和科研院所先后展了纳米级氢氧化镁形貌控制的研究。随着研究的不断深入，国内在氢氧化镁形貌学的研究已取得了一批较有学术价值的，并且对实际生产具有指导意义的重要进展，已经达到了世界先进的水平。
