一维纳米镁系材料的制备工艺研究

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本文提出一种制备碱式氯化镁棒、氢氧化镁纳米棒和氧化镁纳米棒的新工艺。研究了原材料、合成温度、分散剂、干燥方式、反应溶剂组成、前驱物煅烧条件等因素对产品晶体结构与形貌的影响。通过X—射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及热分析(TG/DSC)等手段对产品进行了表征与检测。研究结果表明: 以轻质氧化镁与六水氯化镁为原料,采用液相法制备出的碱式氯化镁棒为3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O(3—型)和5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O(5—型)两种单晶体混合物;碱式氯化镁棒的形成过程约需要14h;制备碱式氯化镁棒的适宜工艺条件为:搅拌速率:900r/min;反应温度:40℃~60℃;陈化时间:14h以上;MgCl2浓度:4mol/L~4.5mol/L;Mg0/MgCl2摩尔比:0.1~0.15:1;干燥温度:低于85℃。在此工艺条件下,得到直径约100—200nm,长约4—8μm的碱式氯化镁棒。 以碱式氯化镁棒为前驱物,氢氧化钠为碱溶液,采用直接沉淀法制备氢氧化镁纳米棒的适宜工艺条件为:氢氧化钠溶液浓度:1mol/L;碱溶液加入方式:恒流泵滴加;反应溶剂组成(乙醇/水):3:1;分散剂:PEG-6000与PEG—400(质量比1:1)的混合物;干燥方式:溶剂置换超临界CO2干燥或溶剂置换微波干燥。在此工艺条件下,得到的氢氧化镁纳米棒直径约100-150nm,长约3-5μm。 以氢氧化镁纳米棒为前驱物,经煅烧得到氧化镁纳米棒的适宜条件为:煅烧温度:450℃;煅烧时间:180min;升温速率:5℃/min。在此工艺条件下,得到的氧化镁纳米棒直径约40-150nm,长约1-2μm。氧化镁晶体在550℃~650℃完成从六方体向立方体的结构转变。 通过对氢氧化镁纳米棒的非等温分解动力学研究,得出其微分和积分分解机理函数分别为: f(α)=1-α与F(α)=-1n(1-α) 升温速率为20℃/min时,氢氧化镁纳米棒的热分解动力学方程为: da/dT=(7.9×1015/20)exp(-1.97×105/RT)(1-α) 氢氧化镁纳米棒的分解反应活化能为197kJ/mol。
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