煅烧分解也是制备纳米氧化镁的关键步骤 ,中 间产物经粉碎后的粒径仍未达到纳米水平 ,而是通 过煅烧分解过程使粒径进一步降低 。氢氧化镁的分 解温度是 673K左右 ,如果在该温度煅烧 ,不但分解 过程缓慢 ,而且产物颗粒之间易团聚 。一般认为 ,合 成氧化镁的烧结温度在 1873K 左右 ,但纳米氧化镁 的烧结温度较低 ,约在 1473K 左右甚至更低 。在此 温度煅烧则得到烧结体或严重团聚的产品 。而煅烧 温度控制在 1173K 左右为好 ,此时不但可以防止烧 结 ,也使氢氧化镁的分解更加迅速 ,产生的水分快速 逸出而导致原料分裂 ,有利于得到细微的颗粒 ,因此 可以得到高分散的纳米级氧化镁 (图 1d) 。 结论
实验表明 ,借助扫描电镜可以很好地观察产物 的微观聚集状态 ,是一种可行方便的手段 。
用一般工业轻质氧化镁经水化处理后煅烧 ,可 以得到粒径比原料小的氧化镁 ,且产物的分散性较 好 (图 1a) 。而在表面活性剂帮助下 ,可以得到粒径 更小的产物 ,容易达到纳米水平 (图 1b) 。因此 ,工 业氧化镁经表面活性剂水化处理和煅烧 ,是制备纳 米氧化镁的良好途径 ,有望大大降低其生产成本 、提 高产量 。
延长水化时间或提高温度 ,均可降低最终的粒 径 。从理论上说氧化镁的水化反应是一个缩壳机 制 ,即随着水化的进行 ,产物氢氧化镁脱离氧化镁表 面而使其颗粒逐步变小 。但实际上由于水的用量有 限 ,这种缩壳机制所占比例很小 ,而是大部分氢氧化 镁沉积于氧化镁表面 ,水分子只能经产物层向氧化 镁扩散 。表面活性剂分子较大 ,扩散速度小 ,故向内 扩散而包裹氢氧化镁的速率较小 。而增加用水量 、 延长时间 、提高温度 ,均有利于水化反应 、产物的脱 离 、表面活性剂的扩散等过程 ,所以有利于得到粒径 更小的产品 。
由于氧化镁容易聚集 ,制备纳米氧化镁比其它 纳米材料困难 。本研究采用一般工业轻质氧化镁 (粒径在 2～6μm) ,通过表面活性剂和水化处理 ,制 备出高分散的纳米级氧化镁 ,SEM 观察发现基本无 团聚 ,粒径在 100nm 左右 。 实验方法
在水中添加表面活性剂 ,表面活性剂的用量为 氧化镁质量的 1 % ～ 5 % ,水的量为氧化镁质量的 5 倍 。将水加热至一定温度 ,加入轻质氧化镁 ,进行水 化处理 ,303 K～353 K保温 2 ～10h 。将水化产物 (主 要是 Mg (OH) 2 ) 放在烘箱中于 353 K 干燥至无游离 水 ,粉碎并过 350 目筛 ,然后置于高温炉中煅烧 015 ～5h ,冷却至室温 ,用 SEM 观察其粒径和分散状态 。 为了比较 ,在同样水化条件下制备未添加表面活性 剂的产物 。 实验结果与讨论
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电子显微学报 J . Chin. Electr. Microsc. Soc.
22 (6) ∶586～587 2003 年
587
图 1 水化法氧化镁的 SEM 照片 (Bar = 500表面活性剂 ;d :1173K煅烧
实验结果显示 ,产物氧化镁的粒径决定于三个 主要因素 :表面活性剂的用量 、水化条件 (水的用量 、 水化时间和温度) 、煅烧温度 。
我们选择了硬脂酸钠为表面活性剂 ,表面活性 剂用量增加 ,产物的粒径变小 (图 1c) 。原因是在氧 化镁的水化过程中表面活性剂起到分散作用 ,它将 新生的氢氧化镁微粒包裹 ,使之不能相互团聚 ,因而 得到粒径很小的氢氧化镁中间体 ,煅烧后得到粒径 在 100nm 左右的产物 ,且分散性良好 。但不同表面 活性剂之间的差别不大 。
上述实验表明 ,借助扫描电镜可以很好地观察 产物的微观聚集状态 ,由于产物的结晶完整 、分散性 能良好 ,镜下氧化镁颗粒的轮廓清晰 、反差明显 、可 以放大到 4 万倍 ,故 SEM 技术用于纳米材料的分析 是可行的 ,是一种很方便的手段 。利用一般工业氧 化镁经表面活性剂水化 、煅烧处理 ,可以得到纳米级 氧化镁 ;增加表面活性剂和水的用量 、提高水化温 度 、控制适当的煅烧温度 ,可以得到大粒径在 100nm 左右 ,具有高度分散的纳米级氧化镁 。 参考文献 (略)
电子显微学报 J . Chin. Electr. Microsc. Soc.
586
22 (6) ∶586～587 2003 年
表面活性剂在 Mg (OH) 2 分解过程中的分散作用
施民梅1 ,申玉双2 ,吴育飞3 ,明常鑫3 ,杨芙丽3
(1 沧州师范专科学校化学系 ,河北 沧州市 061000 ; 2 河北化工医药职业技术学院 ,河北 石家庄 050031 ; 3 河北师范大学化学学院 ,河北 石家庄 050016)