氢氧化钠溶液中氢氧化镁的水热改性

彭程

（青海盐湖海纳化工有限公司，青海 西宁 810000）

1 矿化剂对氢氧化镁颗粒形貌及晶体结构的影响

1.1 原料

氢氧化镁，其形貌大部分呈不规则片状，少数微粒，片状物之间呈花瓣状团聚态。

氢氧化钠溶液，CTBA（分析纯）。

1.2 实验装置及实验方案

实验中使用衬有聚四氟乙烯的高压釜。该水热锅炉具有内置的磁转子，该磁转子可以通过磁力搅拌器快速旋转，同时还具有自动温度控制器控制水热反应温度。加热装置为旋转式加热炉。

其他实验设备还包括分析天平、滴定管、量筒、移液管、马弗炉、真空泵、砂芯漏斗、抽滤瓶、比表面积测定仪、扫描电子显微镜、X射线衍射测定仪和热重分析仪。

制备两份40 g/l 氢氧化镁浆液，分别将50 ml 加到100 ml高压釜中，添加CTBA，使CTBA 和氢氧化镁摩尔比为40 和5 mol/l 氢氧化钠溶液，搅拌均匀并密封将其置于水壶烤箱中，并在160°C 下放置6 小时，然后自然冷却至室温，过滤，洗涤并在110°C下干燥7小时。

1.3 实验结果分析

1.3.1 SEM结果分析

在水热条件下，通过添加两种不同矿化剂来对比的氢氧化镁样品。氢氧化镁原料的粒径小，形态不规则，粒子间的凝聚，分散性差。加入矿化剂进行水热处理后，氢氧化镁样品得到改善。当添加单一矿化剂CTBA时，所得样品具有良好的分散性，规则的颗粒形态和片状结构，但粒径不均且颗粒较小。这是因为CTBA 可以与氢氧化物结合以促进氢氧化镁的溶解，从而有助于改善颗粒的重结晶。对于添加了氢氧化钠的，其晶粒尺寸明显大于未添加的晶粒，并且晶体具有六角形的板状结构，具有更好的分散性。这表明在氢氧化镁的水热处理期间添加强碱性矿化剂可以帮助增加六角形血小板晶体的厚度并改善产物的分散性。这是因为晶体的生长不仅与其内部结构有关，而且还受外部生长环境的影响。氢氧化镁是典型的层状结构，是六方晶系，其表面是垂直平面，并且表面是上部水平面。在弱碱性环境中，氢氧化镁的晶体生长主要受内部结构的影响，即，镁离子的正极性在晶体生长中起重要作用，抑制其沿垂直面的生长并导致晶体沿侧面的生长，从而导致晶体使粒径小且极性强。在强碱性环境中，晶体生长主要受外界环境影响。当添加高浓度的氢氧化钠时，溶液中的大量氢氧化物容易吸附在镁离子的正表面上，从而晶体沿垂直面的生长速度快于沿侧面的生长速度，因此在垂直面上获得较厚的片状氢氧化镁晶体。

1.3.2 比表面积分析

氢氧化镁原料的比表面积为38.58m2/g，加入两种单一的矿化剂CTBA 和NaOH 后的氢氧化镁样品的比表面积都变小了，其中加入氢氧化钠的样品变化较显著，这与上述SEM图分析结果一致。

2 氢氧化钠浓度对氢氧化镁颗粒形貌及晶体结构的影响

2.1 实验内容

将氢氧化镁干粉，使氢氧化镁浓度为66.7g/L，和一定量的固体氢氧化钠，及15mL 的正丁醇置于高压釜中，将填充度调节至四分之一，开始旋转，并且在旋转加热炉中在160℃下保持6小时之后，停止旋转，并且在自然冷却至室温之后，将其过滤并洗涤。并在110℃下干燥15小时。

2.2 实验结果分析

2.2.1 SEM结果分析

未添加矿化剂的样品，作为对照图，其与原料相比，粒径几乎没有变化，分散性仍然不是很好，有少量的团聚出现，这可能是因为不添加矿化剂，氢氧化镁更难溶解和重结晶。通过添加3.5mol/L 的氢氧化钠矿化剂获得的样品，经对比发现，其粒径明显增加并且分散性良好。它是正常的六角形叶子，但叶子很薄，出现了几个六角形。这可能是由于加入氢氧化钠后氢氧化镁迅速溶解而引起的，氢氧化钠可能是氢氧化镁的生长元素，同时正丁醇与氢氧化镁之间会发生键或强相互作用。丁基链附着在氢氧化镁的表面上，从而使粒子表面具有亲脂性，即烷基链在两个相邻层上的相互作用，从而形成片状叠层。加入6.67mol/L 氢氧化钠的样品，该样品的分散性较好，颗粒的厚度变小并且没有片剂的层压。六角形片剂的规则排列是蜂窝状。加入8mol/L氢氧化钠的样品，可以看出片状颗粒为大片状，但排列不规则，结块现象更为严重。即表明随着氢氧化钠浓度在正常范围内的增加，以正丁醇为实验溶剂进行的氢氧化镁的热处理，其颗粒的分散，晶粒尺寸等的变化而显着变化。

2.2.2 XRD 分析

由正丁醇作为溶剂在各种氢氧化钠浓度下对氢氧化钠进行热处理所获得的曲线图如下图1所示。从图中可以看出，在热处理前后，氢氧化镁的特征衍射峰位置没有变化，并且镁的标准衍射图谱是一致的。但是，特征峰的相对强度发生了显着变化。随着氢氧化钠浓度的增加，强度比逐渐增大和减小，直到样品d为止，但仍然更大。由于原料的相对强度，这表明晶体生长方向的变化。在图中，a 是没有氢氧化钠的样品。可以看出，特征峰强度比略大于原料，但仍小于1。这表明在热处理之后，垂直平面的强度略大于水平平面的强度。晶体在极性较大的平面上比在极性较小的平面上更快地生长，因此颗粒仍处于团聚状态，但是团聚程度低于原料。b样品的强度比表明两侧的生长速率几乎相同，并且此时晶体几乎没有团聚。C样品的强度比显着增加，表明晶体的生长方向已完全改变，晶体倾向于向较弱的一侧和较弱的一侧生长侧面暴露得越极性，表面逐渐变得极性越大，这使得氢氧化镁的表面极性较小，并且颗粒的分散性良好。d样本的强度比显着大于原材料的强度比，而c 样本的强度比稍小。d 样品表面的垂直生长速率比表面的水平生长速率慢。

其中，氢氧化钠浓度(mol/L)分别为：a-0；b-3.5；c-6.67；d-8

3 结语

在高温的氢氧化钠溶液中，团聚状态的氢氧化镁具有明显的水热改性。氢氧化钠在正常范围内逐渐增加，有利于抑制氢氧化镁的极性表面（101）的形成并保持规则的形态和粒径。初始氢氧化钠浓度越高，氢氧化镁的水热改性效果越明显。六角片状产品，分布均匀，比表面积小，分散性好。实验结果表明，溶液中OH-的浓度明显高于含镁成分[Mg（OH）2（aq），MgOH+，Mg2+]的浓度。