專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法
一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是一種多孔玫瑰花狀堿式 碳酸鎂的制備方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界上碳酸鎂的主要生產(chǎn)國(guó)，產(chǎn)品出口西歐、美國(guó)、俄羅斯、東南亞、日本寸。堿式碳酸鎂是一種重要的無(wú)機(jī)鎂質(zhì)化工原料及產(chǎn)品，可以作為煅燒氧化鎂的前驅(qū) 物而獲得特殊形貌的氧化鎂產(chǎn)品。堿式碳酸鎂具有不燃燒、質(zhì)地輕和疏松的特點(diǎn)，故可用作 絕熱、耐高溫的防火保溫材料。堿式碳酸鎂因?yàn)槠溆善瑺钗⒕ЫM成，具有高比表面積，高吸 油性，高吸水性，低堆積密度和孔隙度，利用該獨(dú)特形狀和優(yōu)異的特性，可用作低密度紙?zhí)?料。高純堿式碳酸鎂無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)害于人體健康，并且鎂對(duì)人體的心臟功能有增強(qiáng)作用，其 本身又具有較好的流動(dòng)性，所以，將其加入面粉中作輔助成分，既可提高面粉的分散性和流 動(dòng)性，又可補(bǔ)充人體對(duì)無(wú)機(jī)鹽類(lèi)等電解質(zhì)的需求。堿式碳酸鎂可制成鋁碳酸鎂復(fù)鹽從而在 治療潰瘍方面發(fā)揮重要的作用，提高胃的PH值、促進(jìn)組織再生修復(fù)，提高潰瘍愈合率。還可 用于藥物，油墨顏料；制造日用品，如牙膏和化妝品中添加劑；制造高級(jí)玻璃制品；用于護(hù) 色劑；作為載體，作顏料、油漆、造船、鍋爐制造、獨(dú)石電容等。目前，有學(xué)者對(duì)其光致發(fā)光性 能做了一些研究，其可能在光催化等領(lǐng)域體現(xiàn)應(yīng)用價(jià)值。因此，堿式碳酸鎂應(yīng)用前景十分廣 闊。我國(guó)雖然是碳酸鎂生產(chǎn)出口大國(guó)，但非強(qiáng)國(guó)。我國(guó)碳酸鎂生產(chǎn)與國(guó)外存在著很大 差距，具體表現(xiàn)在生產(chǎn)規(guī)模小，設(shè)備陳舊，不能適應(yīng)國(guó)內(nèi)外，特別是國(guó)外市場(chǎng)需求；碳酸鎂 產(chǎn)品純度低，質(zhì)量不穩(wěn)定，物耗及能耗較高；鎂系列產(chǎn)品的生產(chǎn)原料主要取自含鎂礦石，生 態(tài)破壞、環(huán)境污染嚴(yán)重；精細(xì)碳酸鎂產(chǎn)品無(wú)論在數(shù)量上還是質(zhì)量上均不能滿足市場(chǎng)需求，由 于精細(xì)品種輕質(zhì)碳酸鎂生產(chǎn)量少，也嚴(yán)重影響輕質(zhì)碳酸鎂企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，如普通輕質(zhì)碳酸 鎂國(guó)內(nèi)價(jià)格目前不超過(guò)3500元/噸，而醫(yī)藥級(jí)碳酸鎂達(dá)6000元/噸以上，高純碳酸鎂達(dá) 10000元/噸以上。對(duì)比國(guó)外碳酸鎂生產(chǎn)主要來(lái)自含鎂鹵水，我國(guó)大部分碳酸鎂制備原料來(lái)源于固體 礦，雜質(zhì)多，組成不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量也難以提高。而我國(guó)擁有豐富的液體鎂資源，僅青海僅察 爾汗一地，每年因氯化鉀生產(chǎn)排放氯化鎂量高達(dá)2000萬(wàn)噸。對(duì)鹽湖資源的持續(xù)開(kāi)發(fā)利用帶 來(lái)資源污染，產(chǎn)生“鎂害”，研究鹽湖鎂資源的開(kāi)發(fā)和利用問(wèn)題迫在眉睫，這對(duì)于推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng) 濟(jì)發(fā)展、優(yōu)化資源結(jié)構(gòu)、加速西部大開(kāi)發(fā)進(jìn)程具有重要的意義。2003年“國(guó)家高技術(shù)新材料 發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)及鎂資源與鎂材料專(zhuān)題研討會(huì)”在青海召開(kāi)，旨在推進(jìn)鎂資源的開(kāi)發(fā)利用。 碳酸鎂的開(kāi)發(fā)也是其中一個(gè)重要的發(fā)展點(diǎn)，用產(chǎn)自鹽湖鹵水的氯化鎂為原料，制備高性能、 高附加值的功能碳酸鎂材料，將碳酸鎂產(chǎn)品系列化、功能化、微細(xì)化、專(zhuān)用化是鹽湖鎂資源 開(kāi)發(fā)利用的一個(gè)重要發(fā)展方向。顆粒性質(zhì)往往與其形態(tài)緊密聯(lián)系，在無(wú)機(jī)材料的制備中，同種物質(zhì)可構(gòu)成不同形貌產(chǎn)物，對(duì)于具有特殊形貌的功能性無(wú)機(jī)材料的設(shè)計(jì)和制備正是人們所關(guān)注的。如何便利 地制備高質(zhì)量，晶體建筑結(jié)構(gòu)合乎要求的堿式碳酸鎂產(chǎn)品，特別是納米級(jí)產(chǎn)品，是極有研究 意義和應(yīng)用價(jià)值的。
對(duì)堿式碳酸鎂的制備由來(lái)已久。制備堿式碳酸鎂可通過(guò)熱分解前驅(qū)物(正碳酸鎂 或者碳酸氫鎂)或者共沉淀法得到。正碳酸鎂或者碳酸氫鎂也是通過(guò)鎂源與碳酸鹽源反應(yīng) 結(jié)晶得到。由胡慶福主編的《鎂化合物生產(chǎn)與應(yīng)用》一書(shū)中給出了不同工業(yè)用途堿式碳酸 鎂的多種制備方法。美國(guó)專(zhuān)利CA409047用C02碳化Mg(OH)2得到三水碳酸鎂，并加入一定添加劑熱 解注入模子的碳酸鎂淤漿，可以得到由顆粒狀堿式碳酸鎂組成的多孔滲水的大塊堿式碳酸鎂。王萬(wàn)平等人的專(zhuān)利(CN1410351A)中將活性氧化鎂加入到重鎂水中進(jìn)行熱分解得 到輕質(zhì)堿式碳酸鎂。日本專(zhuān)利JP1224218(A)用重碳酸鎂熱分解的方法得到顆粒狀堿式碳酸鎂。而 JP63089418 (A)則采用C02碳化Mg (OH) 2得到顆粒狀堿式碳酸鎂。張智平等人對(duì)堿式碳酸鎂做過(guò)很多研究，他們的專(zhuān)利CN1935655A利用共沉淀法 得到粒徑均一，形貌可控的鳥(niǎo)窩狀堿式碳酸鎂用以煅燒氧化鎂。王寶和等(CN101038430A)公開(kāi)一種制備堿式碳酸鎂三維納米花結(jié)構(gòu)的方法，所 得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與本發(fā)明類(lèi)似。他們所用原料為氯化鎂和尿素，采用在較高溫度下共沉淀的方 法得到目標(biāo)產(chǎn)物。從文獻(xiàn)調(diào)研來(lái)看，目前，關(guān)于類(lèi)似結(jié)構(gòu)的堿式碳酸鎂制備已有文獻(xiàn)報(bào)道，所采用的 原料各不相同，本發(fā)明所用原料廉價(jià)易得，工藝簡(jiǎn)單。又由于堿式碳酸鎂晶體形成多孔結(jié) 構(gòu)，很容易包藏雜質(zhì)離子，降低純度。一步法不利用得到高純產(chǎn)品或需多次洗滌；添加劑的 加入也會(huì)額外引入雜質(zhì)，降低產(chǎn)品純度。通過(guò)正碳酸鎂分步合成多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂 的方法尚無(wú)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制 備方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法，其具體步驟為第一步為棒狀三水碳 酸鎂前驅(qū)物的制備，第二步為棒狀三水碳酸鎂的熱解過(guò)程；(1)第一步中，應(yīng)將氯化鎂和碳酸鈉按摩爾比1 2 5 1配置成鎂離子濃度 0. 1 4mol/L的水溶液，在0 80°C之間將兩者混合，攪拌時(shí)間為0. 05 6h，攪拌時(shí)間優(yōu) 選為0. 1 4h ；陳化時(shí)間為0. 1 48h，陳化時(shí)間優(yōu)選為0. 5 12h ；得到沉淀物；所述的反 應(yīng)溫度為0 80°C，攪拌強(qiáng)度和攪拌時(shí)間應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品要求而確定，陳化時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則 降低制備效率也會(huì)導(dǎo)致晶體變化；(2)將步驟(1)得到的沉淀物抽濾或離心，并水洗至無(wú)雜質(zhì)離子，得到棒狀三水碳 酸鎂前驅(qū)物，將其在60 110°C下烘干3 12h干燥備用，烘干溫度優(yōu)選為80 100°C，烘 干時(shí)間優(yōu)選為3 6h，也可不經(jīng)干燥直接進(jìn)入下一制備步驟；
(3)進(jìn)入制備的第二步時(shí)，將所得前驅(qū)物投入適當(dāng)60 100°C熱水中，熱水溫度優(yōu) 選為65 95°C，熱水質(zhì)量與三水碳酸鎂固體質(zhì)量比為5 100，使用的水過(guò)多降低生產(chǎn)效 率，過(guò)少不利用固體分散。攪拌分散后即靜置保溫或低攪拌速率下保溫保溫時(shí)間為0. 25 12h，保溫時(shí)間優(yōu)選為0. 5 8h，熱解轉(zhuǎn)化完畢；(4)將最終產(chǎn)物抽濾或離心，得到白色固體，所得產(chǎn)物經(jīng)水洗或無(wú)水乙醇洗滌，亦 可不經(jīng)洗滌，直接干燥；(5)將步驟(4)得到的白色固體置于烘箱中，在60 110°C下烘干3 12h，烘干 溫度優(yōu)選為80 10(TC，烘干時(shí)間優(yōu)選為3 6h ；得到多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂，即為最終
產(chǎn)品
本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)方程式如下第一步Mg2++C0廣+3H20— MgCO3 · 3H20第二步=MgCO3· 3H20 — 4MgC03 · Mg(OH)2 · 4H20+10H20+C02 個(gè)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是(1)本發(fā)明所達(dá)到的效果是制備工藝簡(jiǎn)單，過(guò)程容易控制，條件溫和，易于實(shí)現(xiàn)；(2)本發(fā)明中，由于制備過(guò)程中無(wú)需引入任何添加劑，是利用純度很高的前驅(qū)物進(jìn) 行制備，所制得的多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂結(jié)晶好，純度高，比表面積大；(3)在發(fā)明中的第二步中最終產(chǎn)物的高溫濾液可以再次作為下次的熱解液重復(fù)使 用，減少能耗。

圖1為采用本發(fā)明方法，所制備的多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的XRD圖譜；圖2為采用本發(fā)明方法，實(shí)施例1中所制備的多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的掃描電 鏡照片；圖3為采用本發(fā)明方法，實(shí)施例2中所制備的多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的掃描電 鏡照片。
具體實(shí)施方式
以下提供本發(fā)明一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法的具體實(shí)施方式
。實(shí)施例1一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法，其具體步驟為(1)將16. 3g六水氯化鎂，10. 2g碳酸鈉，各加入160ml水溶解，將兩者在0°C下混 合，并攪拌20min，靜置陳化5h，得到白色沉淀物；(2)將沉淀物抽濾，水洗至無(wú)氯離子，得到濾餅，在80°C下烘干5h備用；(3)稱(chēng)取1. 5g上述三水碳酸鎂前驅(qū)物，投入到100ml 80°C熱水中并稍攪拌分散棒 狀前驅(qū)物，隨即停止攪拌，保溫3h，得到目標(biāo)產(chǎn)物；(4)將最終產(chǎn)物抽濾，并用無(wú)水乙醇洗滌，得到濾餅；(5)將濾餅置于烘箱中，80°C下干燥6h，得到多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂，表面具有 "house of cards”結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參見(jiàn)附圖1和2。實(shí)施例2
一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法，其具體步驟為(1)將65. 2g六水氯化鎂，17g碳酸鈉，各加入160ml水溶解，將兩者在70V下混 合，并攪拌lh，靜置陳化3h，得到白色沉淀物；(2)將沉淀物抽濾，水洗至無(wú)氯離子，得到濾餅；(3)將所得濾餅投入到100ml 90°C熱水中并稍攪拌分散棒狀前驅(qū)物，隨即停止攪 拌，保溫3h，得到目標(biāo)產(chǎn)物；(4)將最終產(chǎn)物抽濾，得到濾餅；(5)將濾餅置于烘箱中，100°C下干燥6h，得到多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂，表面具 有“house of cards”結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參見(jiàn)附圖1和3。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為 本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法，其特征在于，具體步驟為第一步為棒狀三水碳酸鎂前驅(qū)物的制備，第二步為棒狀三水碳酸鎂的熱解過(guò)程；(1)第一步中，應(yīng)將氯化鎂和碳酸鈉按摩爾比1∶2～5∶1配置成鎂離子濃度0.1～4mol/L的水溶液，在0～80℃之間將兩者混合，攪拌時(shí)間為0.05～6h；陳化時(shí)間為0.1～48h，得到沉淀物；(2)將步驟(1)得到的沉淀物抽濾或離心，并水洗至無(wú)雜質(zhì)離子，得到棒狀三水碳酸鎂前驅(qū)物，將其在60～110℃下烘干3～12h干燥備用，或者不經(jīng)干燥直接進(jìn)入下一制備步驟；(3)進(jìn)入制備的第二步時(shí)，將所得前驅(qū)物投入60～100℃熱水中，熱水質(zhì)量與三水碳酸鎂固體質(zhì)量比為5～100，保溫時(shí)間為0.25～12h；熱解轉(zhuǎn)化完畢；(4)將最終產(chǎn)物抽濾或離心，得到白色固體，所得產(chǎn)物經(jīng)水洗或無(wú)水乙醇洗滌，或者不經(jīng)洗滌，直接干燥；(5)將步驟(4)得到的白色固體置于烘箱中，在60～110℃下烘干3～12h，得到多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法，其特征在于，在所 述的步驟(1)中，所述的攪拌時(shí)間為0. 1 4h。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法，其特征在于，在所 述的步驟(1)中，所述的陳化時(shí)間為0. 5 12h。
4.如權(quán)利要求1所述的一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法，其特征在于，在所 述的步驟(2)中，所述的烘干溫度為80 100°C。
5.如權(quán)利要求1所述的一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法，其特征在于，在所 述的步驟(2)中，所述的烘干時(shí)間為3 6h。
6.如權(quán)利要求1所述的一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法，其特征在于，在所 述的步驟(3)中，所述的熱水溫度為65 95°C。
7.如權(quán)利要求1所述的一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法，其特征在于，在所 述的步驟(3)中，所述的保溫時(shí)間為0. 5 8h。
8.如權(quán)利要求1所述的一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法，其特征在于，在所 述的步驟(5)中，所述的烘干溫度為80 100°C。
9.如權(quán)利要求1所述的一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法，其特征在于，在所 述的步驟(5)中，所述的烘干時(shí)間為3 6h。
10.如權(quán)利要求1所述的一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法，其特征在于，化學(xué) 反應(yīng)方程式如下第一步Mg2++CO廣+3H20 — MgCO3 · 3H20第二步:MgC03 · 3H20 — 4MgC03 · Mg(OH)2 · 4H20+1OH2CHCO2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂的制備方法，具體步驟為第一步為棒狀三水碳酸鎂前驅(qū)物的制備，第二步為棒狀三水碳酸鎂的熱解處理過(guò)程。在第一步制備中，氯化鎂和碳酸鈉摩爾比為1∶2～5∶1，鎂離子濃度0.1～4mol/L，將兩者在0～80℃下混合后攪拌0.05～6h，輔以一定的陳化時(shí)間0.1～48h，得到沉淀物，將沉淀物抽濾或離心洗滌后備用或者不經(jīng)干燥直接進(jìn)入下一步驟；第二步中，將先前的沉淀物即正碳酸鎂前驅(qū)體投入60～100℃的熱水中，攪拌分散后即靜置保溫或低攪拌速率下保溫0.25～12h，將產(chǎn)物出料抽濾或離心并在60～110℃下烘干得到多孔玫瑰花狀堿式碳酸鎂。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)操作便利，所得到的產(chǎn)品純度高，質(zhì)量好，所得副產(chǎn)氯化鈉可精制。
文檔編號(hào)C01F5/24GK101830489SQ201010104429
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者于建國(guó), 孫澤, 孫淑英, 宋興福, 張莉娜, 楊晨, 汪瑾 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)