氢氧化镁的制备与应用

氢氧化镁的制备与应用（精选8篇）

氢氧化镁的制备与应用 篇1

氢氧化镁产品对国民经济许多行业的发展有着举足轻重的影响。本文较详细的介绍氢氧化镁的制备方法及其在高分子材料和环保领域的应用情况和国内的发展情况,并探讨了我国今后的研究方向。

氢氧化镁吸附能力强,易输送、储存,使用方便,可作为工业含酸废水的中和剂,工矿企业和矿井排放物中重金属的脱除剂,排烟脱硫剂,土地酸雨处理和pH值调节剂等。氢氧化镁经特殊处理又是一种无机添加型无阻燃剂,具有阻燃、消烟、填充等多重性能,与氢氧化铝相比,具有高的热稳定性,高效碳作用和强除酸能力等特性。它是近几年来国内正在开发的一种阻燃剂产品。

1 氢氧化镁的应用

近几年来,有关氢氧化镁的报道不断增加,说明氢氧化镁的生产和应用在国内外引起广泛关注。目前,国内有一些厂家生产氢氧化镁,产品级别品种繁多。它的主要应用包括以下几个方面。

(1)燃剂随着高分子材料工业的大发展,塑料,合成橡胶,合成纤维等高分子复合材料越来越广泛地应用于建材、家电、电子设备、汽车、化工等领域,但是,高分子材料的易燃性问题日益引起公众舆论及各国政府有关部门的重视。

氢氧化镁阻燃剂属于添加型无机阻燃剂,外观为白色粉未,无毒、无味、无腐蚀,可广泛地应用于聚丙烯、聚氯乙烯,高抗冲聚苯乙烯和ABS等塑料,橡胶行业。相对于有机溴系列阻燃剂来讲,由氢氧化镁阻燃的高聚物是一种绿色工程材料,它的优点有以下几个方面。

①具有良好的抑烟作用;②氢氧化镁不产生有害气体,不影响树脂电气绝缘性的无毒阻燃剂;③氢氧化镁的热分解温度是340℃,比氢氧化铝高出100℃,这样添加氢氧化镁的塑料能更高地承受加工温度,有利于加快挤塑速度,缩短塑模时间,氢氧化镁的分解能(1.3KJ/g)比氢氧化铝的分解能(1.17KJ/g)高,使热容也高17%,有利于提高阻燃效率;④氢氧化镁的粒度比氢氧化铝小,对设备的磨损低,有利于延长加工设备的使用寿命;⑤原料易得,成本低,市场广泛且有很强的竞争能力。

(2)环保领域中的应用近年来,由于世界各国环保呼声的高涨和环保法的日趋完善,原来应用于酸性工业废水和含酸废气处理领域中的一些强碱物料,诸如石灰,烧碱,纯碱的使用逐步受到限制,而被新崛起的弱碱氢氧化镁所取代,具体原因有:①氢氧化镁具有缓冲性,无论中和哪类酸,其pH值都不会超过9;②用氢氧化镁作中和剂不含形成结垢的物质,便于操作管理;③氢氧化镁活性大,吸附能力强,可在中和酸性液体的同时吸附其中的各金属离子,从而达到脱除的目的;④料浆状氢氧化镁(含氢氧化镁30%～45%)具有非沉淀性,非凝聚性和较好的流动性,而易于泵输送和贮存,使用和调节都很方便;⑤不具有腐蚀性;⑥安全,无毒、无害是绿色的中和剂。

(3)在环保中主要应用在以下几个方面酸性废水处理;重金属脱除;吸附除去磷、铵;烟气脱硫;去除染料和色素;除去悬浮固体处理纸浆和造纸废液。

2 氢氧化镁的制备方法

(1)常用的制备方法主要有以下几种卤水、卤块加碱法;石灰法;氨法;氢氧化钠法;菱苦土一盐酸一氨法;水镁石粉碎法。

(2)现在主要介绍氨法生产氢氧化镁以卤水或氯化镁为原料,以氨水作沉淀剂进行反应,此方法较其他方法所得产品粒度可控,操作简单可行,产品纯度高,但由于原料(NH)3成本较高,而只用于生产高纯度的产品如试剂级,医用,电子等,近年来随着对产品质量要求的提高和氨的再生循环使用,该法逐步受到重视,生产规模不断扩大,其基本原理如下:

虽然此法所得氢氧化镁产品纯度较高,但产品的粒径分布较宽,同时收率偏低,并且由于氨水的强挥发性,操作环境比较恶劣,环保问题突出,目前卤水—氨法生产可采用连续沉淀的方法,即在反应器内连续通入卤水和氨气,沉淀后连续进行,后续的分离和蒸氨过程连续进行,缩小了反应器的体积,提高设备的利用率。

3 结语

我国自20世纪80年代后期开始进行氢氧化镁开发研究,但生产厂家只有5～7家,最大规模年产1000T,1998年后我国不同规格氢氧化镁年生产能力估计为1.5～2.0万T,在国际排弱势,另外,我国生产的氢氧化镁绝大部分为低档次产品,纯度一般低于96%,且粒度分布很宽,致使应用面受到限制,为此必需投入大量的人力,物力进行超细氢氧化镁的研究和开发,以适应国际潮流。

参考文献

[1]郭如新.氢氧化镁阻燃剂现状及发展前景[J].海湖盐与化工,1996.25(3),39-42.

[2]郭如新.氢氧化镁应用近期进展[J].海湖盐与化工,1998,27(5),39-44.

氢氧化亚铁制备实验的再探究 篇2

关键词：氢氧化亚铁；绿锈；水合物；实验探究

文章编号：1005–6629（2015）2–0056–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

氢氧化亚铁制备实验是高中化学中的重要演示实验之一。为制得白色的氢氧化亚铁，专家作了大量研究，取得很大进展。由于实验条件难以控制，制备氢氧化亚铁时产生的沉淀有时呈现白色，有时灰绿色，有时墨绿色。专家对绿色物质的争议颇多，如上海虹口区鲁迅中学张旭旻老师和重庆巴蜀中学的朱华英老师认为绿色物质是水合氢氧化亚铁[1]；河北秦皇岛市第一中学的李俊生老师[2]、张英锋老师[3]，邢台学院化学系孟哲[4]等老师则认为是绿锈。绿色物质究竟为何种物质？它是如何形成的？有没有更好的方法制得氢氧化亚铁，并使之长久保存？笔者利用注射器的密封性能好的优点改进氢氧化亚铁的制备，并探究“绿色物质”的成分，寻求能较长时间保存氢氧化亚铁的制备方法。

1 氢氧化亚铁的制备

为防止空气中的氧气的干扰，同时能较长时间地保存沉淀并观察沉淀的变化，笔者利用两支注射器制作了如图1所示的密封反应装置来制备氢氧化亚铁。

注射器A吸入反应液后用硅胶塞封口，再用注射器B将另一反应液缓慢推入到注射器A中，使两溶液混合反应。

为保证实验的顺利进行，笔者对反应液进行了如下处理：

（1）溶液除氧处理。配制氢氧化钠溶液和硫酸亚铁溶液所用蒸馏水先煮沸再冷却以除去水中的溶解氧。氢氧化钠溶液在反应前再进行一次除氧处理。

（2）防Fe2+被氧化的处理。配制硫酸亚铁溶液加入Vc（100mL溶液中加入半片Vc）防止Fe2+被氧化，加入稀硫酸抑制Fe2+水解。实验前用KSCN溶液检测无Fe3+方可实验。

实验一 用两种不同的滴加方法制取氢氧化亚铁。

方法1：在注射器A中吸入4mL 0.5 mol/L硫酸亚铁溶液，通过注射器B缓慢推入1 mol/L氢氧化钠溶液1mL，得沉淀a。

方法2：在注射器A中吸入4mL 1 mol/L氢氧化钠溶液，通过注射器B缓慢推入0.5 mol/L硫酸亚铁溶液1mL，得沉淀b。

2 两种沉淀成分的探究

两种方法得到的沉淀放置后的颜色变化如下表：

分析：方法1中制得的氢氧化亚铁，在受热情况下分解速率加快，生成的FeO歧化反应速率也加快，故颜色会较快地转变。而方法2得到的“绿锈”相对稳定，受热情况下不发生明显变化。

上述实验进一步证明：在溶解氧含量较大的环境中氢氧化亚铁易迅速转化为相对较稳定的“绿锈”；在溶解氧含量低的环境中氢氧化亚铁会缓慢形成少量绿锈，同时由于氢氧化亚铁的分解、FeO的歧化，会转化生成铁和四氧化三铁。

3 氢氧化亚铁制备的合理方法探究

上述实验分析可以看出常规的溶液处理均无法避免氧气对氢氧化亚铁的影响。为进一步消除氧气的影响，需对上述实验方法作进一步的改进。方法如下：

（1）将方法1、方法2制得的混合液静置。生成的氢氧化亚铁可以除去溶液中的溶解氧，所以可以认为清液中的溶解氧为零。

（2）用针筒从混合液中抽取两种清液。方法1得到的清液中含有较大量的硫酸亚铁溶液，方法2得到的清液中含有较大量的氢氧化钠溶液。

（3）将两种清液在密封反应器中混合，可制得白色的氢氧化亚铁，可保持半小时不变色。

利用两种不同滴液方法制得氢氧化亚铁的同时，获得充分除氧的氢氧化钠溶液和硫酸亚铁溶液，两者混合可得相对较长时间保持白色的氢氧化亚铁，但由于无氧条件下氢氧化亚铁的分解、FeO的歧化等原因，氢氧化亚铁白色沉淀在隔绝空气的无氧环境中依然无法长久保存。

综上所述，制备氢氧化亚铁所涉及的问题是很复杂的，同时由于很难将溶液中的溶解氧全部除去，现有手段又无法阻止氢氧化亚铁的歧化，所以在实验室中基本无法制得长久保存的白色氢氧化亚铁。

参考文献：

[1][5]朱华英. Fe（OH）2制备过程中出现的绿色物质究竟是什么[J].化学教育，2004，（8）：59.

[2][6][7][8][9]李俊生，胡志刚.对氢氧化亚铁制备的几个疑难问题的研究[J].化学教学，2011，（11）：68.

[3]张英锋，马子川，李顺军.也谈灰绿色物质――绿锈的组成[J].化学教育，2009，（1）：71.

[4]孟哲.制备Fe（OH）2过程中出现的绿色物质[J].化学世界，2006，（7）：445.

碱式氯化镁晶须的制备与应用进展 篇3

在材料合成过程中物质的晶体结构控制着产物的形貌、尺寸、化学成分及结构等要素,并对材料的性质起着决定性的作用[1]。一维材料尤其是一维纳米材料由于具有特殊的电学、光学、磁性和机械等性能,在过去的几年中得到了广泛的研究和关注[2,3,4]。晶须是以单晶形式生长的长径比在5~10000的一维微米至纳米的材料,其横断面形状近乎一致,内外结构高度完整,原子有序度高,强度接近于完整晶体的理论值,因而一般具有耐热、耐腐蚀、机械强度高、电绝缘性好等特性[5]。碱式氯化镁(Basic mganesium chloride, BMC)是一种重要的镁盐化合物,其化学结构通式为Mgx(OH)yClz·mH2O (2x-y-z=0, 0≤m≤6),最早由Sorel在研究MgO与MgCl2水溶液之间的化学反应时发现。其主要存在3种相:Mg2(OH)3Cl·4H2O(F3)、Mg3(OH)5Cl·4H2O(F5)及Mg10(OH)18Cl2·5H2O(F9),典型的晶体结构(F5)为氯原子将1个Mg(OH)6和2个Mg(OH)4(OH2)2八面体连接成的三元链状结构[6]。由于碱式氯化镁具有制备成本低廉、简单易得等优点,碱式氯化镁晶须在填充剂、阻燃剂和制备其他一维材料等方面具有广阔的应用前景。

本文从晶须的形成机理出发,详细论述了晶须制备过程中各种影响因素对碱式氯化镁晶须结构与形貌的影响,并指出了当前碱式氯化镁晶须的制备研究中存在的难点及不足;简要介绍了碱式氯化镁晶须的应用现状,提出了当前研究的局限性及扩大碱式氯化镁晶须应用领域的方法。

1 碱式氯化镁晶须的制备

1.1 晶须的形成机理

一般认为晶体从液相中生长需要经过3个阶段:介质过饱和、晶体成核和晶体生长。在介质体系内首先出现瞬时的微细结晶粒子,这时由于温度或浓度等因素的变化,体系中出现局部过饱和度的区域,使结晶粒子的大小达到临界值以上形成晶核,晶体在晶核的基础上生长而成[7]。晶须是晶体沿着一个轴向快速生长的产物,按照F.C. Frank的螺旋位错理论,晶须含有轴向的螺旋位错,它决定了晶体快速生长的方向。晶须的侧面是生长很慢的低能面,通过表面扩散给晶须尖端的螺旋供料。因此,要得到长径比高的晶须,侧面上的过饱和度必须足够低,避免引起横向生长的二维成核[8]。

1.2 影响BMC晶须制备的因素

目前对碱式氯化镁(BMC)晶须具体形成的机理尚不清楚,一般认为,Mg2+-OH--Cl-体系控制了BMC晶体的形成和生长。氯化镁在水溶液中存在微弱的分步水解:

MgCl2+H2O → Mg(OH)Cl + HCl (1)

Mg(OH)Cl+H2O → Mg(OH)2+HCl (2)

作为氯化镁水解的中间产物,要得到碱式氯化镁晶须,首先需要一定浓度的MgCl2溶液与适量的碱试剂反应,以加速氯化镁水解生成BMC(式(1)),使BMC在体系中的浓度过饱和,形成BMC晶核;初始生成的BMC晶体为颗粒状,通过水热或陈化处理使其成为长径比大、晶型完美的晶须。因此,碱试剂、氯化镁浓度、碱与氯化镁的物质的量比R、反应的温度和时间、水热或陈化的温度和时间等因素直接影响着BMC晶须的结构和形貌。

表1为制备BMC晶须的相关研究。由于氯化镁在水中存在分步水解(式(1)和(2)),若采用强碱作为碱试剂,易生成氢氧化镁沉淀,因此一般选用氨水或MgO等弱碱作为碱试剂制备BMC晶须。采用氨水具有原料成本低、产率高、产物长径比大等优点,是工业化生产的首选;而采用MgO作为碱试剂则成本相对较高、产率较低,但得到的产物成分较纯,且安全无污染。另外,薛冬峰等以NaOH为碱试剂与氯化镁溶液反应合成了BMC晶须。在最优条件下,用不同碱试剂制备得到的BMC晶须的形貌差别并不大。由于BMC是氯化镁水解的中间产物,从理论上来说,通过控制反应条件,任何碱试剂都能与氯化镁溶液反应制备得到碱式氯化镁晶须。

氯化镁的浓度直接影响着BMC晶须的形成与形貌。若氯化镁溶液的浓度过低,体系中难以生成BMC晶核;即使生成少量BMC晶核,由于氯化镁的浓度低于晶须生长所需的过饱和浓度,晶核也难以生长成为晶须。相反,若氯化镁溶液的浓度过高,将使晶体侧面上的饱和度过高,促进晶体的径向生长,使所得BMC晶须的长径比变小、晶体变粗。因此,一般情况下,制备BMC晶须的最佳氯化镁浓度为2~4 mol/L。大多数学者认为当氯化镁浓度小于1.5 mol/L时不会形成碱式氯化镁。李春忠等将0.75 mol/L的卤水与氨水共同滴入反应器中,用氢氧化钠或碳酸钠溶液将pH值调节至小于9.5,也得到了长径比高的BMC晶须。

相对应地,碱与氯化镁的物质的量比R控制着碱式氯化镁的合成与结构。R过低将降低BMC晶须的产率;而若R过高,将使氯化镁的水解程度过高而在体系中生成氢氧化镁杂质。不同碱试剂所需的最佳物质的量比R并不同,以氨水为碱试剂时,R一般为0.15~0.25,或滴加氨水使pH值小于9.5,形成的碱式氯化镁为F3或F5相;而以MgO为碱试剂时,R一般为0.05~0.2。W.L. Fan 等[12]的研究表明,当R=0.05时,产物为F3相;R=0.075时,产物为F5相,而当R=0.01时,产物为F9相。

一般而言,升高温度将提高反应体系的活性,因此反应温度越高,BMC晶核的形成速率越快,形成的初始晶粒也就越粗;同样地,升高水热或陈化的温度将同时促进晶须的纵向和横向生长,使晶须变长变粗。另外,延长反应和陈化的时间分别具有增大初始晶粒和增长晶须的作用。但是晶须不会无限制地生长,当晶须生长到一定长度时,晶须的轴向生长就会停止,并开始横向生长[16]。因此,适当降低反应温度及陈化温度、延长陈化时间,有利于制得长径比高、晶型完美的BMC晶须。考虑到制备成本及生产周期等因素,反应一般在室温下进行0.5~3h,30~70℃条件下陈化12~72h,或140~220℃下水热3~8h。

1.3 BMC制备研究中的难点及不足

采用化学液相反应法[9,10,11,13,15]或水热法[12,14],人们都成功地合成了长径比大、晶型完美的BMC晶须。但目前在BMC的制备中仍存在生产周期长、产率低、缺少理论研究等问题。采用水热法和化学液相反应法制备BMC晶须,工艺都较简单,但生产周期一般长达1~7天。在碱式氯化镁的结晶过程中进行水热、微波或超声波[17]等处理,可以加快成核速率,缩短诱导期,提高晶须的产量,但在加快成核的同时也增大了晶核的粒径,降低了晶须的长径比。另外,在本课题组的研究中,碱式氯化镁晶须的产率一般只有3%左右。因此,如何在BMC晶须的制备中缩短生产周期、提高产率,同时提高晶须的长径比,是扩大BMC晶须应用所需解决的首要问题。

目前人们侧重于BMC晶须制备工艺的研究,很少从BMC晶须的生成及生长机理出发,研究其最佳生长工艺。由于缺乏理论依据和指导,部分研究成果出现了相互矛盾的结果。从理论研究出发,针对不同的反应体系进行实验分析,将对BMC晶须的制备研究具有指导意义。

2 碱式氯化镁晶须的应用

2.1 阻燃剂

氢氧化镁和氢氧化铝是目前应用最广的阻燃剂,然而由于氢氧化镁和氢氧化铝的热分解温度分别为340℃和180℃,因而它们不能用于需要在较高温度下加工成型的聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、含氟塑料等材料的阻燃。这些材料的加工成型温度高于350℃,如果阻燃剂此时分解,便会放出水分而产生气泡,从而影响材料的表观及机械性能。将碱式氯化镁晶须轻烧后,其阻燃性能非常优异,在填充量只有50质量份(phr)时,便可赋予尼龙66、PET、ETC等高聚物优异的阻燃性能[18]。碱式氯化镁晶须在聚乙烯等塑料中的阻燃性能优于常用阻燃剂的氢氧化镁等[19]。

2.2 填充剂

碱式氯化镁晶须还具有耐热、耐腐蚀、机械强度高、电绝缘性好、高弹性模量等特性,目前被广泛用作填充剂。以碱式氯化镁晶须为填料的热熔胶,其180°剥离强度、硬度、耐低温性等均高于以轻质碳酸钙为填料的热熔胶。碱式氯化镁晶须与轻质碳酸钙混合用作热熔胶复合填料时,具有明显的协同效应,比单独使用其中任何一种填料都具有更好的效果[20]。将碱式氯化镁晶须用作纸张填料,可明显提高纸张的白度和不透明度,并赋予纸张一定的防火性[21]。以碱式氯化镁晶须为填料的聚氯乙烯等复合材料,其拉伸强度、冲击强度等力学性能均高于以氢氧化镁及轻质碳酸钙为填料的聚氯乙烯复合材料[18]。

2.3 制备一维氧化镁

一维氧化镁微米-纳米材料具有良好的耐热性、绝缘性、热传导性、耐碱性和稳定性,其热导率是氧化铝的3倍,在金属、塑料和陶瓷等材料中作为填充剂,可提高复合材料的机械强度和热稳定性,并使材料轻量化、高刚性化,在吸附剂、阻燃剂、增强剂等方面具有广泛应用[5]。

目前一维氧化镁的制备方法主要有脉冲激光沉积法、氧化镁还原法、固相反应法、化合物分解法等[22,23,24,25,26]。以简单易得、成本低廉、具有高长径比的碱式氯化镁晶须为原料,经受热逐步脱除H2O和HCl生成氧化镁纳米晶粒,而后升温烧结形成一维MgO材料[14,15,27,28,29]是一种方便有效的制备一维氧化镁的方法。煅烧的温度一般为900~1000℃,升温速率为1~3℃/min,恒温煅烧1~2h。

2.4 制备一维氢氧化镁

氢氧化镁是一种性能优异的阻燃剂,在受热分解时将释放出H2O,同时吸收大量的热,分解产生的MgO又是良好的耐火材料。刘烨等[30]则将碱式氯化镁晶须作为前驱物,以氢氧化钠为沉淀转化剂,采用沉淀转化法合成了高长径比的氢氧化镁晶须。以碱式氯化镁纳米线为原料,W.L. Fan等通过乙二胺、嘧啶等溶剂热法分别制备了氢氧化镁纳米棒和纳米管[31,32]。范方荣[33]以水和乙醇为混合溶剂,将碱式氯化镁与碱反应也制备得到了氢氧化镁纳米棒。一维氢氧化镁材料可以大大提高塑料的强度、刚度、尺寸稳定性和热变形温度等,是性能良好的增强剂,同时氢氧化镁具有无毒、抑制发烟、分解温度高等优点,使一维氢氧化镁成为一种性能优异的多功能材料。

3 结语

通过化学液相或水热反应法均可获得晶型完好、长径比高的碱式氯化镁晶须。碱式氯化镁晶须在阻燃剂、填充剂、制备一维氢氧化镁或氧化镁等方面也取得了较大的应用进展。纵然如此,当前对碱式氯化镁晶须的制备与应用的相关研究仅停留于实验阶段,仍存在以下不足:

(1)对碱式氯化镁晶须形成机理的研究甚少,导致部分研究成果互相矛盾。加强对BMC晶须形成机理的研究,以理论指导制备工艺,将对BMC晶须制备的研究起到重要的推动作用。

(2)目前碱式氯化镁晶须的制备周期长、产率低,限制了其广泛应用。如何缩短晶须的制备周期、提高产率,同时提高晶须的长径比及晶型,实现晶须尺寸的可控生长,将是扩大BMC晶须应用所需解决的首要问题。

氢氧化镁的制备与应用 篇4

关键词：氢氧化镁,卤水,活性炭,脱色净化

1 概述

氢氧化镁是无毒、无机添加型阻燃剂, 初始分解温度为340℃~490℃分解完全, 吸热量为187cal/g, 比氢氧化铝高约17%, 温度高出140℃, 抑烟能力优于氢氧化铝, 硬度低于氢氧化铝, 具有良好的阻燃和消烟效果, 特别适合于加工温度较高的聚烯烃 (PO) 等多种工程塑料, 是目前无机添加型阻燃剂中无论从综合功能还是技术经济评价均为较好的一个品种。

我公司于2004年建成千吨级纳米氢氧化镁生产试验线, 并且开始进行产品生产和销售, 产品合格并且出口到国外, 得到用户的认可。为了满足市场需求, 进一步提高氢氧化镁产品品质, 我们进行了原料卤水脱色净化的研究。我公司生产氢氧化镁所需原料卤水 (制溴废液) 中含有有色杂质, 并且成分复杂, 使得卤水呈褐色粘性液体, 严重影响了卤水质量, 从而影响了氢氧化镁产品品质。几年来我公司对该卤水所采用的是氧化脱色, 氧化剂为次氯酸钠, 但效果始终不理想, 并且此方法费用高, 带入杂质影响产品质量, 运行不稳定。

活性炭是一种非常优良的吸附剂, 它是利用木炭、各种果壳和优质煤等作为原料, 通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。它的比表面积可以达到800~2000m2/g, 具有很强的物理吸附和化学吸附功能, 可以有选择的吸附气相、液相中的各种物质, 以达到脱色精制、消毒除臭和去污提纯等目的。故此我们决定用活性炭对卤水进行脱色净化, 并且进行了实验研究寻找最佳配比方案。

2 实验研究

2.1 原料卤水的组成

生产氢氧化镁的原料卤水是取自制溴废液, 其化学组成见表1。

2.2 氢氧化镁产品质量标准

2.3 原料卤水的脱色净化实验

2.3.1 实验目的

本实验做了三组实验对比, 寻找原料卤水与活性炭的最佳配比方案。

2.3.2 实验原料及仪器

卤水、活性炭、电子天平、烧杯、量筒、电磁搅拌器、抽滤器、分光光度计

2.3.3 实验过程及结果

实验一:取1000ml卤水放入烧杯中, 称取3g活性炭加入其中, 用电磁搅拌器搅拌1小时, 静置30分钟后进行抽滤, 取其清液在380nm[4]处进行卤水的色度检测, 结果见表3。

实验二:取1000ml卤水放入烧杯中, 称取5g活性炭加入其中, 用电磁搅拌器搅拌1小时, 静置30分钟后进行抽滤, 取其清液在380nm处进行卤水的色度检测, 结果见表3。

实验三:取1000ml卤水放入烧杯中, 称取7g活性炭加入其中, 用电磁搅拌器搅拌1小时, 静置30分钟后进行抽滤, 取其清液在380nm处进行卤水的色度检测, 结果见表3。

2.3.4 实验结论

由于实验设备条件及操作时间的不同, 效果和生产实际有所不同, 但从结果可以看出, 活性炭对卤水有一定的脱色净化效果, 随着活性炭加入量的增加, 效果越明显。

2.4 生产中的应用

根据实验结论, 考虑到生产成本, 我们决定采用5kg/m3的配比加入活性炭进行实际生产, 要求如下: (1) 每1m3粗卤中加5Kg活性碳进行脱色, 要求投加活性碳时, 必须混合均匀。 (2) 搅拌2小时, 再加碱调PH到5~6。 (加碱目的:一是减少卤水中铁离子的含量, 二是调PH减少对滤布的腐蚀。) 继续搅拌60分钟, 从原料卤水配制槽底部将卤水过板框过滤、精密过滤, 以除去活性炭等杂质, 配置精卤。

经过一段时间的生产, 产品品质得到明显改善, 实验前后10批次产品平均质量情况对比见表4。

3 结论

3.1合理的控制活性炭与卤水的配比, 完全可以使卤水得到脱色净化, 色度可由500左右降到100以内。从而使氢氧化镁产品品质得到改善, 优等品率显著提高。

3.2活性炭为天然的与环境友好的, 脱附采用物理方法, 与氧化脱色 (化学方法) 处理相比, 不会造成二次污染。

3.3通过实验得出脱色净化工艺流程见图1。

参考文献

[1]郭如新.国内氢氧化镁阻燃剂生产应用与市场前景[J].慧聪网化工行业频道, 2004-05-31.

[2]盐湖卤水碳铵法生产活性氧化镁新技术现代化工, 2002, 22.

[3]姚玉恩.浅谈活性炭在废水处理中的应用现状及前景[J].长芦盐业, 2008年第3期.

氢氧化镁的制备与应用 篇5

关键词：晶须,氢氧化镁,丙烯酸,表面改性

氢氧化镁晶须是一种性能优良的增韧、增强、阻燃添加剂。氢氧化镁晶须材料的表面改性主要是为了使晶须表面产生新的物理、化学性能,改善或改变其在有机高分子基体材料中的分散性和相容性,提高复合材料的综合性能[1]。目前,氢氧化镁晶须多以天然镁矿石或其他镁盐为原料,以阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂进行改性,通过水热/溶剂热反应制得[2]。本研究以MgCl2·6H2O为原料,氨水和氢氧化钠为混合沉淀剂,丙烯酸为表面改性剂,采用直接沉淀法制备了高纯度的纤维状纳米氢氧化镁晶须。利用丙烯酸中的羧基与Mg(OH)2表面羟基发生作用,使Mg(OH)2晶须表面有机化而达到改性的目的。该制备工艺克服了传统的水热法设备要求高、技术难度大、成本高、安全性能差的缺点,具有原料成本低、生产工艺简便、能源消耗低的优点。

1 实验部分

1.1 原料

六水合氯化镁(分析纯),天津市博迪化工有限公司;氨水(分析纯),沈阳市经济技术开发区试剂厂;氢氧化钠(分析纯),天津市博迪化工有限公司;丙烯酸(分析纯),天津市科密欧化学试剂开发中心;无水乙醇(分析纯),国药集团化学试剂有限公司。

1.2 丙烯酸改性氢氧化镁晶须的制备

取0.05mol六水合氯化镁,溶于25mL无水乙醇与去离子水1∶1的混合溶液,加入一定量的丙烯酸,低于10℃下搅拌。用滴液漏斗在1h内缓慢滴加38.5mL质量分数5%的稀氨水,然后在2h内缓慢滴加58mL一定浓度的NaOH稀溶液。混合溶液持续搅拌1h,升温至40℃陈化2h,冷却至室温,抽滤,洗涤,80℃恒温干燥12h,产物为丙烯酸改性的氢氧化镁[AA-Mg(OH)2]。

1.3 测试与表征

用日立S-3400N型扫描电镜观察产物的形态;用日本电子JEM-2100型透射电镜观察产品的形貌及粒径,产品在乙醇中超声波震荡10min;用荷兰 X’Pert Pro Mpo PW3040型衍射仪分析样品晶体结构。

2 结果与讨论

2.1 丙烯酸改性氢氧化镁晶须的机理

氢氧化镁晶体系六方晶系片状结构,片状结构中每三层为一单元,三层中Mg2+为中间层,上下各为一层OH—,每三层间靠氢键相连[3]。氢氧化镁晶须产品为纤维结构,在生长过程中,氢氧化镁晶须表面带有正电荷,具有亲水性,产品很容易团聚。随着丙烯酸的加入,丙烯酸的羧基与氢氧化镁表面的羟基发生作用,反应生成的丙烯酸盐吸附在氢氧化镁表面,阻止晶体的团聚,有利于提高产品的分散性。改性过程可以利用如下反应式1进行表示[4,5,6]:

2.2 氢氧化镁改性前后的XRD分析

氢氧化镁改性前后的X射线衍射图见图1,与氢氧化镁X射线衍射标准图谱比较,产品衍射峰的位置与标准图谱一致,证实产品是氢氧化镁。通过对改性前后氢氧化镁样品XRD分析,当加入丙烯酸后,氢氧化镁样品的衍射峰强度发生改变,衍射峰的位置并没有改变,表明只是氢氧化镁晶体的生长方向发生改变。衍射图谱中除了氢氧化镁的特征峰外,几乎没有其他特征峰,说明氢氧化镁具有很高的纯度。

改性前的氢氧化镁峰型较尖锐,通过计算得出平均粒径较大,改性后峰形变宽,粒径变小,见表1。说明改性在一定程度上抑制了氢氧化镁的团聚,有利于提高它在添加到其它聚合物时的分散性。

2.3 丙烯酸的加入量对氢氧化镁分散性的影响

图2考察了在反应温度为10℃,氢氧化钠溶液的浓度为1.1mol/L时,丙烯酸的加入量对氢氧化镁分散性的影响。由图可见:不加入丙烯酸制备的氢氧化镁团聚非常严重,加入丙烯酸1%时,氢氧化镁晶须的分散性较差,晶须长径比小;加入丙烯酸2%时,氢氧化镁晶须含量增加,分散性提高,但分布不均匀;加入丙烯酸3%时,制得的氢氧化镁呈纤维状结构,晶须分散性较好,分布较均匀。

2.4 氢氧化钠溶液质量分数对氢氧化镁产率的影响

氨水是弱电解质,不能完全水解,因此氨水要过量,过量的碱不但可以保证沉淀反应的完全,而且可以保证体系始终处于比较高的pH范围,使氢氧化镁粒子表面保持带负电荷,避免了二次凝聚,因而有助于获得粒度小、分布均匀的氢氧化镁纳米粒子[7]。

反应体系加入氢氧化钠后,Mg(OH)2产率有所提高,但氢氧化钠的加入使Mg(OH)2沉淀呈凝胶态,给过滤带来一定的困难。同时氢氧化钠有腐蚀性,因此应寻求氢氧化镁的产率与氢氧化钠的加入量的平衡。

固定丙烯酸的加入量为3mL,反应温度为10℃,改变加入氢氧化钠溶液的浓度,对氢氧化镁产率的影响见图3。

只加入氨水时的产率是最低的,仅38.8%,随着NaOH溶液的质量分数的增加,Mg(OH)2的产率逐渐增加。当NaOH溶液的浓度为2.2mol/L时,产率达到最大值,此时的产率为97.9%。

2.5 反应温度对氢氧化镁晶型的影响

图4考察了在丙烯酸的加入量为3%,氢氧化钠溶液的浓度为2.2mol/L时,反应温度对氢氧化镁分散性的影响。反应温度在-4~10℃变化时,随着温度的升高,氢氧化镁的结晶逐渐完善。在-4℃和1℃时,氢氧化镁结晶不完善,当温度升高至5℃时,氢氧化镁呈纤维状,但长径比较小,分散性不好。在10℃时,氢氧化镁晶须的分布较均匀,长径比增大,结晶比较完善。

2.6 丙烯酸改性氢氧化镁的TEM分析

图5是纳米氢氧化镁晶须分散在乙醇中的TEM 照片。产品的反应条件:丙烯酸的加入量为氢氧化镁质量的3%,氢氧化钠溶液的浓度为2.2mol/L,反应温度为10℃。由图分析得知:制得的氢氧化镁晶须产品呈纤维状结构,具有一定的分散性,晶须的长度在50~150nm,直径在8~15nm。

3 结 论

(1)以MgCl2·6H2O为原料,氨水和氢氧化钠为混合沉淀剂,丙烯酸为表面改性剂,制备了纤维状纳米氢氧化镁晶须。

(2)在丙烯酸的加入量为氢氧化镁质量分数的3%,氢氧化钠溶液的浓度为2.2mol/L,反应温度为10℃条件下,制备出了长度在50~150nm,直径在8~15nm的纳米氢氧化镁晶须。

(3)产品的XRD分析中,丙烯酸改性后的氢氧化镁粒径变小,表明丙烯酸的加入在一定程度上抑制了氢氧化镁的团聚,有利于提高它在添加到其它聚合物时的分散性。

参考文献

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纳米氧化镁制备方法的研究 篇6

1.1 纳米氧化镁的制备

(1) 采用不同焙烧温度制备纳米氧化镁。

将Mg Cl2·6H2O和Na2CO3反应制得的Mg O前驱体, 分别在马弗炉中经600℃、700℃、800℃下焙烧3h, 制得纳米氧化镁。

(2) 采用不同沉淀方式制备纳米氧化镁

(1) 正加法:称取一定量的Mg Cl2·6H2O溶于蒸馏水中配成浓度为1mol/L的溶液, 再按1∶3比例将一定量25%~28%浓氨水稀释备用。在反应温度为50℃和充分搅拌下, 将氨水往氯化镁溶液中滴加, 在此过程中控制反应的p H值为10左右, 控制好流速不宜过快。待反应完毕后, 再继续搅拌2h, 然后关闭电源, 停止搅拌。将药品静止老化5h。将老化后的药品用热蒸馏水洗涤、过滤, 反复数次直至除去Cl-, 再用无水乙醇洗涤两次。将滤饼放烘箱中110℃下干燥12h。最后, 将干燥后药品研磨成粉末放马弗炉中500℃下焙烧3h, 制得纳米氧化镁。

(2) 反加法:前同正加法, 但其是将氯化镁溶液滴加到稀释好的氨水中, 后同正加法。

(3) 并流法:前同正加法, 但其是先向反应容器中倒入少量的氨水, 然后再将氯化镁溶液和氨水同时滴加到反应容器中, 后同正加法。但一部分用马弗炉500℃下焙烧3h, 另一部分先用流动N2在500℃下焙烧3h, 再用马弗炉在静态空气中300℃焙烧半个小时。

(3) 采用不同沉淀剂制备纳米氧化镁

(1) 以碳酸铵、氨水混合液为沉淀剂:将Mg Cl2·6H2O配成浓度为1mol/L的溶液, 再称取一定量的碳酸铵溶于蒸馏水中配成浓度为0.5mol/L溶液, 往碳酸铵溶液中加入浓氨水调p H值为11。采用并流法制得纳米氧化镁。 (2) 均匀沉淀法:按1:4.5摩尔比称取一定量尿素溶于200ml, 1mol/L的氯化镁溶液中, 用电热套加热, 在圆底烧瓶上安装一个回流装置, 保持反应5h左右, 老化5h后, 经洗涤、干燥, 放马弗炉中500℃焙烧3h, 制得纳米氧化镁。 (3) 以Na OH做沉淀剂:将Mg Cl2·6H2O配成浓度为1mol/L的溶液, 再称取一定量的Na OH溶于一定量蒸馏水中配成浓度为1mol/L的溶液。采用并流法制得纳米氧化镁。 (4) 以Na2CO3为沉淀剂:将Mg Cl2·6H2O和Na2CO3分别配成1mol/L的溶液, 采用并流法, 50℃下沉淀, 控制反应p H值为10左右, 滴加完毕后继续搅拌2h, 再经老化、洗涤、干燥后, 取其中的一部份放入马弗炉中500℃焙烧3h, 制得纳米氧化镁。 (5) 采用不同沉淀温度制备纳米氧化镁:将1mol/L的氯化镁溶液和1mol/L的Na2CO3溶液, 沉淀温度分别采用30℃和70℃, 采用并流法, 分别制得纳米氧化镁。 (6) 采用不同浓度的氯化镁制备纳米氧化镁:称取一定量Mg Cl2·6H2O溶于一定量的蒸馏水中, 分别配成浓度为0.5mol/L和1.5mol/L的溶液, 再将一定量Na2CO3配成浓度1mol/L的溶液。采用并流法, 制得纳米氧化镁。 (7) 采用不同镁盐制备纳米氧化镁:称取一定量乙酸镁和硝酸镁, 分别溶于蒸馏水中均配成浓度为1mol/L的溶液, 分别与稀释后的氨水采用并流法制备得到纳米氧化镁。

1.2 表征

样品的吸附等温线、BET比表面积、孔结构分布等使用美国Micromeritics ASAP-2020型物理吸附仪测定。

2 结果与讨论

2.1 焙烧条件的考察

(1) 焙烧温度对纳米氧化镁性质的影响:将氯化镁与碳酸钠反应制得的产品在马弗炉中焙烧, 温度分别采用500℃、600℃、700℃、800℃。随着焙烧温度的升高, 产品的比表面积和比孔容逐渐减小。500℃焙烧制得产品的比表面积、比孔容均最大, 主要以大孔为主;600℃、700℃、800℃制得的产品存在大孔和小孔, 随着温度的升高, 孔体积减小。 (2) 焙烧方法对纳米氧化镁性质的影响:将氯化镁与氨水, 采用并流法制备的氢氧化镁醇凝胶分别在静态空气和流动N2中500℃焙烧3h。在流动N2中焙烧, 制得的产品的比表面积比在静态空气中大, 且孔径也变大, 大孔和小孔分别集中在35和128;在静态空气中焙烧的产品只有一种小孔, 主要分布在32。

2.2 沉淀条件的考察

(1) 沉淀方式对纳米氧化镁性质的影响:反加法制备的纳米Mg O的比表面积最大, 比孔容也较大;正加法和并流法的产品比孔容大小差不多, 并流法的产品孔径很小。反加法产品的小孔主要集中在32, 大孔主要集中在300, 比孔容较大;并流法的产品只有小孔, 主要集中在32上。正加法的产品只有大孔, 分布较分散。 (2) 沉淀剂对纳米氧化镁性质的影响:用碳酸钠作沉淀剂制备的产品比表面积最大, 用氢氧化钠作沉淀剂制得的产品比表面积也很大, 孔径和比孔容是最大的;用碳酸铵和氨水的缓冲溶液制备的产品比表面积最小;用氨水作沉淀剂制备的产品孔径最小。氢氧化钠制得的产品只有一种大孔, 主要集中在313;经尿素制得的产品孔径主要集中在148。碳酸铵和氨水的缓冲溶液制得的产品只有一种大孔, 分布很分散。 (3) 沉淀温度对纳米氧化镁性质的影响:将氯化镁与碳酸钠溶液采用并流法, 分别在30℃、50℃和70℃反应制备纳米Mg O。30℃沉淀制备的产品比表面积最大, 比孔容也最大, 大孔和小孔分别集中在30和179。随着沉淀温度的升高, 纳米Mg O的比表面积、孔径和比孔容逐渐降低。

2.3 金属盐的考察

(1) 镁盐浓度对纳米氧化镁性质的影响:采用浓度为0.5 mo l/L、1.0 mo l/L、1.5 m o l/L的氯化镁溶液与碳酸钠溶液反应制备纳米Mg O。浓度达到1.0mol/L时, 产品比表面积最大, 孔径与比孔容也很大;浓度为1.5mol/L时, 产品孔径和比孔容最小, 主要是集中在52的小孔;浓度为0.5mol/L和1.0mol/L时, 孔分布比较分散。随着氯化镁浓度的增加, 产品的孔径逐渐减小。 (2) 镁盐对纳米氧化镁性质的影响:采用不同的镁盐与氨水反应制备纳米Mg O。用乙酸镁作沉淀剂制得的产品比表面积最大;用硝酸镁反应制得的产品孔径比用另两种镁盐的大, 比孔容最大;用氯化镁反应制得的产品比表面积最小, 孔径也最小, 主要是集中在32的小孔;由乙酸镁和硝酸镁反应制得的产品孔径分布差不多, 都存在大孔和小孔, 主要集中在35和313。用乙酸镁和硝酸镁制得的产品比孔容都很大。

3 结语

(1) 500℃焙烧制得的纳米氧化镁的比表面积最大;在流动N2中焙烧Mg (OH) 2醇凝胶制得的纳米氧化镁的比表面积比在静态空气中焙烧制得的纳米氧化镁的比表面积大。 (2) 反加法制得的纳米氧化镁的比表面积最大, 而正加法制得的纳米氧化镁的比表面积最小。 (3) 选用碳酸钠作沉淀剂制得的纳米氧化镁的比表面积最大, 氢氧化钠的次之;用氢氧化钠作沉淀剂制得的纳米氧化镁的孔分布最集中。 (4) 30℃沉淀制得的纳米氧化镁的比表面积、比孔容都是最大的;随着沉淀温度的升高, 纳米氧化镁的比表面积、孔径和比孔容逐渐降低。 (5) 采用1mol/L的氯化镁溶液制得的纳米氧化镁的比表面积最大;采用硝酸镁和乙酸镁制得的纳米氧化镁的比表面积大于采用氯化镁制得的纳米氧化镁的比表面积。

参考文献

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氢氧化镁的制备与应用 篇7

本研究采用液相沉积法制备Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料,再与PET共混制备Mg(OH)2/CMSs/PET复合材料, 既能充分利用CMSs和Mg(OH)2的优点,又能利用CMSs和Mg(OH)2 在Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料中的协同作用, 从而提高Mg(OH)2/CMSs/PET复合材料的阻燃性能。

1实验部分

1.1 Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料的制备

称取2.375g氯化镁(MgCl2)于250mL的烧杯中,配制50mL 0.5mol/L的MgCl2溶液(溶剂∶无水乙醇和去离子水的体积比为1∶1);称取2.0g氢氧化钠(NaOH)于250mL的烧杯中,配制50mL 1.0mol/L的NaOH溶液;再称取2.9g CMSs加入到搅拌均匀的MgCl2溶液中,再向其溶液中加入分散剂OP-10[添加量为Mg(OH)2理论量的3%];然后将MgCl2和CMSs的混合溶液与NaOH溶液分别放在超声波清洗器上震荡30min。然后将MgCl2和CMSs的混合溶液于500mL的三口烧瓶中,将其置于45℃恒温水浴锅中,在搅拌状态下通过滴液漏斗向MgCl2和CMSs的混合溶液中加入NaOH溶液。 滴加结束后在搅拌状态下反应24h。最终用去离子水和无水乙醇洗涤产物成中性为止,然后在110℃下干燥5h,最终得到Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料。

1.2 Mg(OH)2/PET、CMSs/PET和Mg(OH)2/CMSs/ PET复合材料的制备

分别将Mg(OH)2、CMSs和Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料按含量为PET 0.5%的配比与PET切片同时加入到双螺杆挤出机中,通过切粒机得到Mg(OH)2/PET、CMSs/PET和Mg(OH)2/CMSs/PET复合材料,最后用注塑成型机制得Mg(OH)2/PET、CMSs/PET和Mg(OH)2/CMSs/PET复合材料的测试样条。

1.3测试与表征

Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料形貌的分析采用场发射扫描电镜(SEM,MIRA-3型,捷克),并用其附属设备能谱分析仪(EDS)对Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料的元素进行表征。 采用X射线衍射仪(ESCLAB MKII型)对Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料的晶体结构进行了测试。使用数显氧指数测试仪(TM606型),按照GB 2406—80标准测试尺寸为130mm× 6.5mm×3mm样条的氧指数,对Mg(OH)2/CMSs/PET复合阻燃材料的阻燃性能进行研究和分析。

2结果与讨论

2.1 Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料表面形貌分析

CMSs(a)和Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料(b)的SEM图见图1。从图1(a)可以看出:CMSs表面光滑、分布均匀、略有团聚。图1(b)与图1(a)相比,CMSs表面形成包覆层,包覆效果较好。CMSs表面不仅含有C、O元素,还存在Mg元素, Mg元素的含量为6.5%,因此可以证明通过液相沉积法在CMSs的表面确实包覆1层Mg(OH)2。

2.2 Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料的XRD分析

图2为CMSs(a)、Mg(OH)2(b)和Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料(c)的XRD的谱图。从图2(a)可以看出,在25.0°处明显出现CMSs(002)面的特征衍射峰。Mg(OH)2在图2(b) 的XRD图谱中可以看出,在20.0、40.0、50.0和60.0°处分别出现Mg(OH)2的(001)面、(101)面、(102)面和(110)面的特征衍射峰。而在Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料的XRD图谱中,当2θ在20.0、40.0、50.0和60.0°处都有新的衍射峰出现, 对应于Mg(OH)2的(001)、(101)、(102)和(110)不同晶面的特征衍射峰,而在25.0°处的CMSs衍射峰明显减弱,这可能是由于片状Mg(OH)2完全包覆在CMSs的表面所致。

2.3 Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料的形成机理

Mg(OH)2 包覆在CMSs表面形成Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料的机理如下:由于CMSs表面有许多活性基团如羟基和羧基,其中羧基上的氢在水溶液中易于发生电离而显负电性,当CMSs和MgCl2的混合溶液超声分散时,Mg2+会包围在CMSs的表面,当向混合溶液中滴加NaOH溶液时, Mg2+和OH-发生反应生成Mg(OH)2包覆在CMSs表面。 随着反应的进行Mg(OH)2不断生成,生成的Mg(OH)2晶形比较完整,在Mg(OH)2晶体的单元层上粒子间是靠离子键相连,层与层之间是靠弱氢键相连[11],使得Mg(OH)2与Mg(OH)2 之间吸附键合包覆在CMSs的表面,最终随着Mg(OH)2 不断地生成长大和吸附键合,使Mg(OH)2均匀地包覆在CMSs表面形成Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料。

2.4 Mg(OH)2/CMSs/PET复合材料阻燃性能分析

从表1可以看出,与纯PET相比,Mg(OH)2/PET复合材料的极限氧指数变化趋势不大,仅熔滴略有减少;CMSs/ PET复合材料的极限氧指数变化不大,但熔滴降低了40.9%;Mg(OH)2/CMSs/PET复合材料的极限氧指数为27.5%,较纯PET提高了31%,熔滴大幅度减少,降低幅度为63.6%。由此可以看出,这种三相复合材料较其单独添加阻燃剂的阻燃性能大幅度提高。

Mg(OH)2/CMSs/PET复合材料在燃烧过程中,充分利用Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料吸热温度区间的协同作用。在较大的温度区间内,材料不断吸热不断融化释放,且不易点燃。在吸热过程中其分解成氧化镁(MgO)、水和残余炭层,其中分解释放出的水吸收大量的热量,使得材料表面火焰的实际温度降低,同时水吸热生成的水蒸汽具有稀释作用,不仅稀释可燃气体和降低燃烧面的氧浓度[12],还使得材料在整个燃烧过程中较纯PET没有浓烈的黑烟产生,几乎发烟量为零,防止了火灾过程中浓烟的二次危害。产生的MgO和残余炭层覆盖在聚合物的表面阻挡了热量传递和热量辐射,起到隔离热源和空气的作用,使Mg(OH)2/CMSs/PET复合材料在燃烧的熔滴减少,从而提高聚合物的抗火焰能力,最终改善Mg(OH)2/CMSs/PET复合材料的阻燃性能。综合以上分析,Mg(OH)2/CMSs/PET复合材料充分利用Mg(OH)2和CMSs的协同阻燃作用,较好地把Mg(OH)2吸热隔绝冷却阻燃机理和CMSs凝聚相阻燃机理有效地结合在一起,不仅提高了Mg(OH)2/CMSs/PET复合材料的极限氧指数,还使其具有优良的抑烟性和抗熔滴性。

3结论

(1)通过液相沉积法Mg(OH)2在CMSs表面形成包覆层,且包覆效果较好,制备的Mg(OH)2/CMSs复合材料形貌均匀。

(2)制备的Mg(OH)2/CMSs/PET复合材料具有良好的阻燃性。极限氧指数由PET的21.0%增加到27.5%;熔滴由原来的22d/min下降到8d/min,降低了63.6%;其主要是由于Mg(OH)2/CMSs/PET复合材料分解带走了大部分热量, 产生的MgO和残余炭层覆盖在聚合物的表面阻挡了热量传递和热量辐射,起到隔离热源和空气的作用。

由此可知,Mg(OH)2/CMSs复合阻燃材料充分利用了Mg(OH)2 和CMSs的协同作用,可作为阻燃材料应用于阻燃高聚物中,以此来提高聚合物的阻燃性能。

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氢氧化镁的制备与应用 篇8

关键词：Mg (OH) 2,适宜投料比,无水氯化镁,制镁工艺

镁被称为现代国防金属, 其广泛应用于航天器基本结构以及电子电器设备, 这是因为镁本身的导电性能好, 且比重仅为不锈钢材料的25%。同时镁还具有较好的延展性、较好的比刚度以及电磁屏蔽等特性, 因此其将广泛应用于各种光学器材和精密电气、机械等领域。本研究提出了以乙醇溶液蒸馏为基础连续通入过量HCl气体蒸干得到无水Mg Cl2的方法, 从而为电解制镁工艺提供优质的原料。

1. 高纯无水氯化镁的实验室制备

1.1 实验器材

纯净的氢氧化镁粉末、无水乙醇、氯化钠、浓硫酸、玻璃搅拌棒、加热装置、温度计、烧杯。

1.2 实验原理

Mg (OH) 2在无水乙醇中与过量HCl气体充分反应生成Mg Cl2, 而生成的Mg Cl2与无水乙醇形成络合物CH3CH2OH∙6Mg Cl2。将反应后的溶液进行加热蒸馏, 溶解于乙醇溶液中的过量HCl气体就会因为受热而挥发到空气中, 而络合物CH3CH2OH∙6Mg Cl2在加热蒸馏过程中会部分分解成Mg O和C。当溶液中HCl气体处于饱和状态就会有效抑制这一过程, 从而使得反应后的混合溶液蒸干后得到高纯度的无水氯化镁晶体。相关反应方程式如下所示:

1.3 实验操作流程

在烧杯中将氢氧化镁粉末与足量无水乙醇充分混合, 使用玻璃搅拌棒进行搅拌, 保证两者混合均匀。在混合后的溶液中加入过量的氯化钠粉末以及浓硫酸反应生成的氯化氢气体, 保证氢氧化镁固体能够充分溶解。使用加热装置对反应后的溶液进行加热蒸馏, 形成CH3CH2OH∙6Mg Cl2溶液。在进行蒸馏的过程中, 使用搅拌棒进行充分的搅拌, 保证溶液各部分受热均匀。在搅拌过程中继续通入氯化氢气体保持溶液的氯化氢气体始终处于饱和状态, 抑制络合物CH3CH2OH∙6Mg Cl2在加热蒸馏过程中部分分解成Mg O和C这一化学变化, 降低杂质的生成。对蒸馏结束之后得到的CH3CH2OH∙6Mg Cl2进行脱乙醇蒸馏, 脱去无水氯化镁醇中的乙醇分子, 得到较为纯净的氯化镁晶体。

1.4 结果与讨论

称取一定质量的无水氯化镁样品完全溶于稀盐酸溶液中, 在混合溶液中加入过量的碳酸钠溶液进行反应, 使镁离子与碳酸根离子结合生成碳酸镁沉淀。对于反应后得到的沉淀进行过滤、洗涤, 晾干等操作, 之后进行称重, 计算得到无水氯化镁的纯度在超过了99%, 而氧化镁的质量分数则小于0.1%。原料氢氧化镁和乙醇的纯度越高, 那么该反应进行的越完全, 那么得到的无水氯化镁杂质越少, 无水氯化镁纯度也就越高。

2. 电解镁的制备工艺

目前运用较多的制镁工艺就是电解法, 通过电解法对于电解槽中的氯化镁进行电解反应, 生成镁和氯气。具体方程式为

2.1 具体工艺流程

将待反应的氯化镁固体粉末至于电解槽内, 然后通电升温进行电解无水氯化镁。由于该反应是在较高的温度下进行反应的, 因此生成的两种物质镁和氯气都是以气态形式存在的, 通过相应的镁蒸汽收集装置将镁蒸汽收集到真空受槽中, 这是因为镁蒸汽能够和空气中的氧气、二氧化碳以及氮气等成都能发生化学反应, 如果不进行真空收集的话, 那么得到的镁中就会包含氧化镁、碳以及氮化镁等杂志, 从而使得制备的镁纯度不高。电解得到的氯气则要先经过洗气槽B除去其中含有的氯化镁蒸汽, 从而得到较为纯净的氯气。将处理后得到的氯气在气体反应槽内与氢气在高温下发生化合反应生成粗制氯化氢气体, 在经过洗气槽A得到较为纯净的氯化氢气体。此时得到的纯净的氯化氢气体经过循环机输送到蒸馏釜内与Mg (OH) 2进行反应, 重复前面的反应, 进而制备出无水氯化镁。对于反应后的混合溶液蒸馏得到的乙醇溶液收集到馏液储槽, 使用脱水机脱去其中含有的水分仍可进行循环使用, 制备的无水氯化镁用于电解制镁。因此上述制镁工艺方案流程图形成了一个完善的循环系统, 通过氯循环将电解制镁工艺与无水氯化镁工艺有机地结合起来, 从而使制镁工艺更为优化。

2.2 污染气体的再利用

本工艺在进行电解氯化镁过程中将电解出来的Cl2经过洗气槽B进行除氯化镁蒸汽后, 将过滤后的氯气再引入到气体反应槽内与氢气反应制得粗制氯化氢气体。其后将粗制氯化氢气体引入到洗气槽A内, 将未完全反应的Cl2以及H2除去。而纯净的HCl气体经过HCl循环进入蒸馏釜内用于制备无水氯化镁。在这样一个大型的氯循环中, 氯气和氯化氢气体都被重复利用, 不但避免了多余的氯气和氯化氢气体逸散到空气中, 给空气来带严重污染, 同时也将反应中的氯气和氯化氢气进行充分合理的运用, 提高了氯循环的效率, 降低了企业的生产成本, 实现绿色环保生产。

3. 结语

制备高纯度的无水氯化镁是保证电解法制镁工艺中最重要的环节, 而无水氯化镁的纯度直接影响到电解法制镁工艺得到的镁的纯度。由于传统的制备工艺Mg Cl2溶液中Mg Cl2会和H2O形成络合物Mg Cl2∙6H2O, 因此如何简单、有效、经济地脱除Mg Cl2∙6H2O是镁生产工业首要问题。而通过本工艺可以直接由Mg (OH) 2得到Mg Cl2, 省去了脱水的步骤, 提高了生产效率。

参考文献

[1]陈忠华, 叶键.“镁”景诱人市场广阔我国镁产业发展前景分析[J].中国有色金属报.2008.

[2]许并社, 李明照.镁冶炼与镁合金熔炼工艺[M].北京:化学工业出版社, 2005.