水溶液法制备氧化镁晶须的工艺研究

茅 琦，赵伶俐，周琪权，戴卫东

（淮海工学院化学工程学院，江苏 连云港 222005）

水溶液法制备氧化镁晶须的工艺研究

茅 琦，赵伶俐，周琪权，戴卫东

（淮海工学院化学工程学院，江苏 连云港 222005）

为了促进氧化镁晶须的规模化生产与工业应用，采用前驱物煅烧法制备了氧化镁晶须。首先以硫酸镁和氨水为原料合成了前驱体碱式硫酸镁晶须，接着将碱式硫酸镁焙烧成氧化镁晶须。探讨了各个工艺条件对产物的影响，探索出最佳的工艺条件为:硫酸镁溶液的浓度为2mol·L-1，水热反应温度160℃，水热反应时间20h。在此条件下制得了前驱物碱式硫酸镁晶须，将碱式硫酸镁晶须焙烧，控制升温速率在5℃·min-1，采取分段升温方式升温至1000℃，灼烧时间6h，即可制得氧化镁晶须。所得的氧化镁晶须表面光滑，直径分布均匀，结晶良好，产率达80%以上。

氨水;碱式硫酸镁;烧结;氧化镁晶须;工艺条件

无机盐晶须是一种细微短纤维的针状单晶体材料，其直径为零点几至几个微米，长度为几微米至数百微米。由于晶体结构十分完整，强度和模量接近晶体材料的理论值，当其用作塑料、金属和陶瓷等物质的增强和改性材料时，显示出极佳的物理化学性质和优异的机械性能，从而得到国内外材料界的广泛重视[1]。氧化镁晶须具有熔点高（3123K）、强度大和弹性模量高等优点，制备工艺和设备简单，且成本低，很适合作为多种复合材料的强化或补强材料，被认为是极有发展前途的无机盐晶须材料[2]。本文以硫酸镁和氨水为原料，通过水热反应制得前驱体碱式硫酸镁晶须，再通过控制碱式硫酸镁晶须的分解条件和高温焙烧条件得到氧化镁晶须，主要探索制备氧化镁晶须的工艺条件，为氧化镁晶须的产业化提供合理的工艺参数。

1 实验部分

1．1 主要试剂与仪器

硫酸镁（MgSO4·7H2O，分析纯），氨水（4 mol·L－1，分析纯）。

SK2-1-12H智能升温回转式管式电阻炉，KDM型控温电热套，S-8401型定时电动搅拌器，BS210S型电子秤，DHG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱。

1．2 实验方法

把硫酸镁配制成2 mol·L－1的溶液，在室温和适当搅拌的条件下将20mL氨水缓慢滴入20mL硫酸镁溶液中[3～5]，滴加完成继续搅拌约30min左右，在160℃条件下进行水热反应20h，然后冷却至室温陈化30h，经过滤、蒸馏水洗涤数次，放入烘箱中在80℃条件下干燥4h，即可得到前驱体碱式硫酸镁晶须[经成分分析[6]其分子式为MgSO4·5Mg（OH）2·3H2O]，称量其质量，计算产率。

将碱式硫酸镁晶须置于坩埚中，并均匀平铺，然后置于配备智能控温系统的管式电阻炉内进行分解和煅烧，按照5℃·min－1的升温速率缓慢升温至1000℃，煅烧6h，然后让其缓慢冷却至室温即可得到高长径比的氧化镁晶须[7]，称量其质量，计算产率。

2 结果与讨论

2．1 硫酸镁溶液浓度对前驱体的影响

氨水浓度为 4mol·L-1，n （MgSO4）∶n （NH3）＝1∶2，水热反应温度160℃，水热反应时间 20h，室温下陈化 30h， 分别配制浓度为 1、2、3、4 mol·L－1的硫酸镁溶液进行实验，结果如图1所示。

由图1可看出，随着硫酸镁溶液浓度的增大，碱式硫酸镁晶须开始增加较快，随后逐渐减慢。且当浓度很低时，产物基本为颗粒状，几乎没有晶须生成，晶须中还会含有其他固体相;随着浓度的适当增加，可以获得表面比较光滑、分散均匀、长径比高的晶须;当浓度进一步增大时，虽然仍有晶须生成，但晶须形态变得细小不规则，且发生明显的聚集直至形成晶须团聚体;当原料液浓度达到4 mol·L－1时，只获得大量的细小粒子，看不到晶须的生成。实验结果表明，适宜的硫酸镁溶液浓度为 2 mol·L－1左右。

2．2 水热反应温度对前驱物的影响

硫酸镁溶液浓度为2 mol·L－1，氨水浓度为4 mol·L－1，按 n （MgSO4）∶n （NH3）＝1∶2，水热反应时间20h，分别在 120、140、160、180、200℃的温度下进行水热反应，结果如图2所示。

由图2可看出，随着水热反应温度的升高，开始产物逐渐增多，但当达到一定反应温度后再升高温度产率却有所降低，原因是开始升高温度使反应速度逐渐增大并趋于完全，但随着温度的进一步升高，产物的溶解度增大，同时操作难度也加大。同时随着温度的升高，晶须的长径比也有所增大，聚集度会降低，所以应选择适当高的温度进行水热反应，本实验采用的水热反应温度为160℃。

2．3 水热反应时间对前驱体的影响

在硫酸镁溶液浓度为2 mol·L－1，氨水浓度为4 mol·L－1，按 n （MgSO4）∶n（NH3）＝1∶2，水热反应温度 160℃，分别使反应液反应 10、20、30、40h，结果如图3所示。

由图3可看出，随着水热反应时间的增加，开始晶须增加较快，原因是时间短水热晶化过程没有进行完全，但当反应达到一定时间后晶须几乎不再增加，且水热反应时间长还会发现有部分晶须出现破碎分解现象，同时从生产成本考虑，应选择的适宜水热反应时间是20h左右。

2．4 煅烧温度对氧化镁晶须的影响

在硫酸镁溶液浓度为 2mol·L－1，氨水为 4mol·L－1，按 n （MgSO4）∶n （NH3）＝1∶2，水热反应 温度160℃，水热反应时间20h，分别取一定量的碱式硫酸镁晶须将其缓慢升温至 800、900、1000、1100℃进行煅烧 6h（开始的升温速率为 5℃·min－1），结果如图4所示。

由图4可看出，随着煅烧温度的升高，开始晶须增加较快，但当达到一定温度后，产率基本不变，原因是温度低时不能有效地使碱式硫酸镁分解转化为氧化镁晶须，煅烧不完全，当达到一定温度后，在一定时间内产物已煅烧完全，同时煅烧温度太高前驱物分解速度太快而会破坏晶须外形，且晶须易团聚，直径增大，因此适宜的煅烧温度是1000℃。

2．5 煅烧时间对氧化镁晶须的影响

硫酸镁溶液浓度为 2mol·L－1，氨水为 4mol·L－1，按 n（MgSO4）∶n （NH3）＝1∶2，水热反应温度 160℃，水热反应时间20h，在煅烧温度为1000℃（开始升温速率为5℃·min－1），分别将一定量的碱式硫酸镁晶须煅烧 4、5、6、7、8h，结果如图 5 所示。

从图5可看出，随着煅烧时间的增加，开始晶须增加较快，原因是开始煅烧不完全，晶须中仍含有较多的碱式硫酸镁晶须，但当达到一定时间后，产率基本保持不变，同时煅烧时间太长也会破坏晶须外形，对生产也不利，所以适宜的煅烧时间应控制在6h左右。

3 结论

以硫酸镁为原料，通过滴加氨水生成前驱物碱式硫酸镁晶须，产率可达85%以上，然后采用高温烧结法制备氧化镁晶须，得到的氧化镁晶须表面光滑、分散性好、长径比大，其产率可达80%以上。详细考察了硫酸镁溶液浓度、水热反应温度、水热反应时间、煅烧温度、煅烧温度等对氧化镁晶须产率的影响，得到晶须最大产率的最优条件为:在制备前驱物碱式硫酸镁晶须时，硫酸镁溶液浓度为 2 mol·L－1，水热反应温度为 160℃，水热反应时间为20h;在将碱式硫酸镁晶须进行煅烧时，严格控制升温速率不超过5℃·min-1，升温至1000℃进行煅烧，煅烧时间为6h。本文的氧化镁制备具有工艺简单、成本低廉、反应容易控制等优点，且易于进一步工业放大，对于实现氧化镁晶须的工业化生产具有一定的现实指导意义。

[1] Zhanel G G，Walters M，Noreddin，et al．The ketolides:A critical review[J]．Drugs，2002，62（12）:1771-1804．

[2] 杨道媛，郭新荣，张海军，等．MgO晶须的物相组成和微观形貌多样性[J]．人工晶体学报，2004，33（2）:167-169．

[3] 王在华，冯刚，孙庆国，等．碱式氯化镁和氧化镁晶须的制备与表征[J]．盐湖研究，2007，15（4）:40-44．

[4] 弥勇，陈建铭，宋云华．制备条件对生成碱式硫酸镁晶须的影响[J]．化工矿物与加工，2007，36（4）:412-415．

[5] 薛冬峰，邹龙江，闫小星，等．氧化镁晶须制备及影响因素考查[J]．大连理工大学学报，2007，47（4）:488-493．

[6] 王在华，孙庆国．以活性氧化镁和氯化镁为原料合成氧化镁晶须[J]．无机盐工业，2006，38（12）:26-28．

[7] 彭龙贵，王晓刚，杨晓凤，等．β－型碳化硅晶须与颗粒的制备及特性表征[J]．矿冶工程，2006 （6）:639-642．

Preparation Technology of Magnesium Oxide Whishers by Aqueous Solution Method

MAOQi，ZHAOLing-li，ZHOUQi-quan，DAIWei-dong
（Department of Chemical Engineering，Huaihai Institute of Technology，Lianyungang 222005，China）

To promote the scale-up production and industrial application of magnesium oxide（MgO）whiskers，MgO whiskers were prepared by the calcination method of the precursors．The preparation process consisted of the synthesis of a precursor called basis magnesium sulfate whiskers， followed by the heat treatment of the synthesized whiskers．The precursor whiskers were prepared with MgSO4and NH3·H2O as raw materis ls．The influence of each condition to the products was discussed and the best conditions were found as followed:the magnesium sulfate solution concentration was2mol／L，the hydrothermal synthesis temperature was160℃，the hydrothermal synthesis time was20h．Under the conditions the basic magnesium sulfate whiskers were prepared．Then the basic magnesium sulfate whiskers were calcinatedunder the speed of elevated temperature in5℃ ／min until the temperature to1000℃by separate steps，the calcination time was6h，then the magnesium oxide whishers were prepared．MgO whiskers obtained were possessed of smooth surface，uniform size distribution，well crystalline and its productivity could reach to80%．

ammonia water;basis magnesium sulfate;sintering;magnesium oxide whishers;technology condition

TQ 132.2

A

1671-9905（2011）08-0025-03

茅琦（1988-），女，本科生，专业是化学工程与工艺

2011-04-08