氫氧化鎂的固相制備及其表面改性

郭效軍，王愛平，路 娟，張 力，嚴 軍

（西北師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

Mg（OH）2作為一種重要的無機化合物，可廣泛應(yīng)用于有機體阻燃、廢水處理及煙氣脫硫等領(lǐng)域[1-3]。然而，由于 Mg（OH）2粉體表面含有大量的羥基，使其有較強的極性和親水性，易形成團聚體。這樣，極性的阻燃劑與非極性高分子材料之間的相容性和加工流動性變差，材料的機械力學(xué)性能下降。有文獻[4]報道，通過將阻燃劑粒子超細化尤其是納米化，利用納米微粒本身所具有的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)來增強界面作用，改善無機阻燃劑和聚合物基體的相容性。此外，也有研究致力于選用適當?shù)母男詣g（OH）2進行表面改性處理[5]。近年來，低溫固相反應(yīng)應(yīng)用于納米材料的合成，成為合成納米材料的一種新方法[6-8]。但采用低溫固相法合成氫氧化物的研究較少。

本文利用簡單的反應(yīng)物通過固相反應(yīng)在室溫下制備出Mg（OH）2顆粒。采用硬脂酸鈉、油酸對其進行表面處理得到改性氫氧化鎂，通過沉降實驗考察了其與液體石蠟的相容性。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

MgCl2·6H2O、NaCl、NaOH、油酸、硬脂酸鈉、無水乙醇、液體石蠟等均為國產(chǎn)分析純試劑。

D/max-2400型粉末X射線衍射儀（日本理學(xué)公司 室溫分析）；JSM-6701F冷場發(fā)射型掃描電鏡（日本電子光學(xué)公司 噴金分析）。

1.2 Mg（OH）2的制備

稱取6g MgCl2·6H2O放入干燥箱內(nèi)于100℃下干燥24h，放入瑪瑙研缽內(nèi)研磨20min待用；稱取2.35gNaOH和5gNaCl，放入瑪瑙研缽內(nèi)研磨20min；將上述兩種研磨產(chǎn)物混合研磨至反應(yīng)完全，置于空氣中24h。用蒸餾水反復(fù)洗滌所得粉末除去NaCl，并于100℃下干燥12h后再研磨得到Mg（OH）2樣品。

1.3 Mg（OH）2的改性與沉降實驗

將一定量的Mg（OH）2加入到蒸餾水中，并用磁力攪拌器進行充分攪拌后得到Mg（OH）2料漿；稱（或量）取一定量的改性劑放在燒杯中，并用無水乙醇為介質(zhì)進行超聲分散；將上述配制好的氫氧化鎂料漿放入容積為250mL的水熱晶化反應(yīng)釜中，加入已經(jīng)分散好的改性劑，并不斷地進行攪拌，反應(yīng)一定時間后抽濾、洗滌，并在110℃下干燥10h，磨碎后得到改性的 Mg（OH）2樣品。

本實驗采用沉降實驗對Mg（OH）2表面改性效果進行評價。稱取一定量未改性及改性后樣品，分別加入到盛有10mL液體石蠟的量筒中，超聲分散60min，觀察并記錄沉降時間。將上述樣品分別加入到盛有10mL蒸餾水的量筒中，超聲分散60min，進行對比實驗。改性效果越好，則其在石蠟中的分散性越好，沉降時間就越長。

2 結(jié)果與討論

2.1 X射線粉末衍射分析

實驗中對固相反應(yīng)所得樣品進行了X射線粉末衍射（XRD）分析，結(jié)果見圖1。

圖1 樣品的XRD圖Fig.1 XRD pattern of sample powder

將樣品的XRD圖譜與標準圖譜（JCPDS 07-0239）對比后發(fā)現(xiàn)樣品特征衍射峰的位置與標準圖譜基本一致，且無明顯雜質(zhì)衍射峰出現(xiàn)，說明該樣品為氫氧化鎂，且有較高的純度。根據(jù)謝樂公式D=kλ/Bcosθ得到樣品的一次粒徑為18nm。

2.2 掃描電鏡分析

圖2為Mg(OH)2的SEM圖。

圖2 樣品的SEM照片F(xiàn)ig.2 SEM image of sample powder

從圖2可以看出，Mg(OH)2微晶分散性較好，顆粒大小較為均勻，粒子呈六方薄片狀，但出現(xiàn)一定程度的團聚現(xiàn)象。

2.3 Mg（OH）2的沉降情況

為了考察不同改性劑對改性效果的影響，分別用硬脂酸鈉和油酸在一定條件下對Mg（OH）2進行表面改性，比較不同表面改性劑在同等條件下的沉降情況以確定較好的改性劑種類。

圖3為硬脂酸鈉改性Mg(OH)2在蒸餾水和液體石蠟中的沉降情況。

圖3 硬脂酸鈉改性Mg(OH)2的沉降速度Fig.3 Sedimentation rate of modified Mg(OH)2by sodium stearic acid

由圖3可以看出，未改性的Mg（OH）2粉體由于表面呈極性，容易在蒸餾水自然沉降。而經(jīng)表面改性的Mg（OH）2粉體表面由極性變?yōu)榉菢O性，呈現(xiàn)出較強的疏水性，因而粒子漂浮在液面上。由圖3還可看出，硬脂酸鈉改性Mg(OH)2在液體石蠟中的沉降速度明顯減慢，這是由于改性后粉體表面非極性程度大大增強，因而和液體石蠟有很好的相容性，能在其中較好的分散。

圖4為油酸改性Mg(OH)2在蒸餾水和液體石蠟中的沉降情況。

由圖4可以看出，未改性的Mg（OH）2粉體由于表面呈現(xiàn)親水性，容易在蒸餾水自然沉降。而改性氫氧化鎂粉體表現(xiàn)出較強的疏水性，因而粒子漂浮在液面上。由圖4還可看出，油酸改性Mg(OH)2粉體表面非極性大大增強，能在液體石蠟中較好的分散，因而沉降速度明顯變慢。

圖4 油酸改性Mg(OH)2的沉降速度Fig.4 Sedimentation rate of modified Mg(OH)2by oleic acid

3 結(jié)論

采用 MgCl2·6H2O、NaCl、NaOH 為原料，利用固相反應(yīng)制得純度較高的Mg（OH）2粉末。兩種改性氫氧化鎂均在蒸餾水中不發(fā)生沉降，并與液體石蠟有較好的相容性，體現(xiàn)出較好的分散性。兩相比較，油酸改性Mg（OH）2效果更好。

［1］逄莉,周小平,高善民.超細氫氧化鎂在阻燃劑方面的應(yīng)用與制備［J］.過程工程學(xué)報,2004,（4）:319-324.

［2］鄭榮光，王芳.氫氧化鎂處理含鉛廢水的研究［J］.無機鹽工業(yè),2000,32（1）:26-27.

［3］趙宜江，李嵇鳴，張艷，等.氫氧化鎂吸附陶瓷膜微濾對印染廢水脫色的研究［J］.膜科學(xué)與技術(shù),2000,20（1）:41-45.

［4］張澤江，馮良榮，邱發(fā)禮.納米無機阻燃劑的研究進展［J］.化工進展,2004,16（4）:508-515.

［5］劉立華,宋云華,陳建銘，等.硬脂酸改性納米氫氧化鎂效果研究［J］.北京化工大學(xué)學(xué)報,2004,31（3）:31-34.

［6］Liu Q,Ni Y H,Yin G,et al.High yield synthesis of PbS nanocubes using one-step solid-state reaction in the presence of an anionic surfactant［J］.Mater.Chem.Phys.,2005,89:379-382.

［7］王艷萍,朱俊武,張莉莉，等.納米NiO的制備及其譜學(xué)特性研究［J］.光譜學(xué)與光譜分析,2006,26（4）:690-693.

［8］Zhou T Y,Xin X Q.Room temperature solid-state reaction-a convenientnovel route to nanotubes of zinc sulfide［J］.Nanotechnology,2004,15:534-536.