沉淀法制备纳米氢氧化镁

沉淀法制备纳米氢氧化镁的工艺探讨

摘要：纳米氢氧化镁是片状结晶，具有典型的纳米片层状结构，在340℃分解而生成氧化镁。不溶于水，溶于酸和铵盐溶液。该产品具有纯度高、粒

径小，可进行原位包覆改性等优异性能，能更均匀地分散于PA、PP、ABS、PVC等橡胶、塑料产品。以硫酸镁和氨水为原料，在微波辐射的反应条

件下，利用直接沉淀法合成纳米氢氧化镁，并分别考察了不同氨水浓度、

硫酸镁溶液浓度、反应时间、微波辐射间歇对氢氧化镁颗粒粒径的影响，

并通过XRD、TEM对产物的结构和形态进行表征。

关键词：氢氧化镁；直接沉淀法；纳米

Abstract：Nano magnesium hydroxide is flaky crystal, with a typical slice layer structure. Magnesium oxide is generated in the decomposition of Nano

magnesium hydroxide at 340 ℃. It is insoluble in water, soluble in acid

and ammonium salt solution. The product has excellent properties such

as high purity, small particle size, modified in situ coating. It can be

more evenly dispersed in the PA, PP, ABS, PVC and other rubber and

plastic products. With magnesium sulfate and ammonia as raw

materials in the microwave radiation conditions, nano magnesium

hydroxide is generated using direct precipitation method. Nano

magnesium hydroxide particle diameter size is investigated in different

concentration of ammonia, concentration of magnesium sulfate,

reaction time, microwave radiation frequency. The structure and

morphology of the as-prepared samples were examined using XRD and

TEM.

Keyword：Magnesium hydroxide; direct precipitation; Nano

1引言

1.1纳米氢氧化镁的物化性质

纳米氢氧化镁是指通过特殊方法和工艺制备的粒径介于1～100nm的新型氢氧化镁。分子式Mg(OH)

，为白色固体粉末，微溶于水，不能与碱性物质发生化

2

学反应，但是可以与稀酸和铵盐溶液发生化学反应，在340℃分解而生成氧化镁，当温度达到490℃时可以完全分解。纳米氢氧化镁可有棒状、片状、针状、花状等各种类型结构。作为一种纳米材料, 它具有纳米材料所具有的共同特点, 即小尺寸效应，量子尺寸效应，表面效应，宏观量子效应等，用它填充于复合材料中能大大提高材料的阻燃性能、力学性能和其它性能。

1.2 纳米氢氧化镁的应用

氢氧化镁是一种用途广泛、极具开发前景的环保材料。纳米级氢氧化镁主要用于橡胶、塑料制品、医药、化工、环境保护等领域，以及制造其他镁化合物、陶瓷、搪瓷、玻璃等的原料绝缘保温材。

1.2.1 阻燃剂

随着可持续发展战略在世界范围内取得的共识,坚持这一战略已成为各国在保护环境的前提下发展经济、促进生产的一项基本国策, 确立项目、选择工艺、开发产品、评估优劣无一不把对环境的影响作为考虑的前提, 因此, 环境友好或环境无公害工艺和产品越来越受到人们的重视。在阻燃剂领域, 氢氧化镁就是这类阻燃剂中的佼佼者。

氢氧化镁属于无机添加型阻燃剂, 由于其具有无卤、无毒、抑烟、价廉及耐高温等特性而受到人们的青睐, 使用量也在不断增加, 是近几年国内外正在开发的一种新的阻燃剂产品。

1.2.2 制作氧化镁的前驱体

纳米氧化镁是重要的陶瓷和电子材料。纳米氢氧化镁经高温煅烧后可以得到高纯度的纳米氧化镁。纳米氢氧化镁的粒径和形貌对纳米氧化镁的性能有很大的影响,如由针状的纳米氢氧化镁颗粒可以制得针状的纳米氧化镁。此外,用于超导材料添加剂的纳米氧化镁棒也可以由棒状的纳米氢氧化镁制得,这主要是由于形状记忆效应产生的作用。

1.2.3 保鲜剂与食品添加剂

纳米氢氧化镁是一种绿色环保的食品保鲜剂，且保鲜效果好。贮藏土豆时在其表面涂一层质量分数为3 % 的氢氧化镁乳液，效地阻止植物病原体产生。用纳米氢氧化镁处理过的鱼肉制品,可防止肉组织生物降解,并保持弹性和柔软。通过对比试验,氢氧化镁的保鲜效果在75 %左右。此外,纳米氢氧化镁作为食品添加剂也是安全可靠的。

1.2.4 吸附剂

根据不同的吸附原理，目前的吸附剂主要有两类：一类是物理吸附剂如活性炭等，这类吸附剂吸附速率快，主要缺点是不能将有毒气体彻底消除，容易产生二次污染；另一类就是化学吸附剂，通过吸附并发生化学反应将有毒气体转化为无毒物质。纳米氧化镁就是这样一种重要的化学吸附剂。纳米氧化镁作为化学吸附剂具有吸附速率快、反应迅速、吸附量大等优点，在工业生产、环境保护等方面发挥着重要作用。主要用以吸附某些化学物质如氯气，氮氧化物，硫氧化物，浓盐酸和某些含磷的化合物等化工原料。此外，纳米氢氧化镁还可以从工业废液中吸附并除去对环境造成危害的的Ni2 +、Cd2 + 、Cr3 +、Cr6 +等重金属离子。

1.2.5 酸碱中和剂与烟气脱硫剂

氢氧化镁是一种弱碱，与其他碱相比具有优越的缓冲能力。用氢氧化镁作为中和剂时，即使碱过量，溶液的pH值也不会高于9，而且中和能力强，效率较同体积同浓度的碱高30%。此外，氢氧化镁还可以用作烟气脱硫剂，且具有工艺简单、易于操作、可回收利用副产品等优点。

1.3 纳米氢氧化镁的国内外研究状况和发展趋势

纳米氢氧化镁用途广泛、制取成本低，开发前景极其广阔，越来越受到国内外的重视。我国菱镁矿储量丰富，海水中也有取之不尽的镁资源，具备了大力开发的条件。国外对于氢氧化镁在环保领域的应用研究比较深入, 而且有很多国家正在利用氢氧化镁进行废水处理、烟气脱硫。我国虽然刚刚起步, 但研究起点高, 这就为氢氧化镁的应用提供了物质基础。随着我国环保法规的逐步完善和人们环境意识的增强, 环境污染的治理必将更多地采用高效、清洁、简易安全的治理工艺, 氢氧化镁以其独特的优点必将在环境污染治理中发挥巨大的作用, 其应用前景必将是非常广阔的。我国杭州化工研究所、兰州化学工业公司研究院、大连理工大学等越来越多的研究单位相继对纳米氢氧化镁制造工艺和应用进行

了研究，并取得较大进展。

日本早在上世纪70 年代就开始研制氢氧化镁阻燃剂，是氢氧化镁阻燃剂工业化生产最早的国家。氢氧化镁阻燃剂在日本的使用量逐年增长,至2008年,日本氢氧化镁阻燃剂的总生产能力达到年产5万t ,主要由四家公司生产,即TMG、协和化工、神岛化工和赤穗化成,其产品品种丰富,许多已成系列化。美国对氢氧化镁阻燃剂的研究晚于日本,但有后来居上的势头,目前已经发展成为产量最大、品种最多的氢氧化镁阻燃剂生产国。且随着美国国内在这一领域的基础研究和应用研究不断深入拓展,美国氢氧化镁阻燃剂制品的生产已经基本实现了系列化。我国氢氧化镁阻燃剂的开发应用起步较晚,上世纪80 年代以来,有杭州化工研究所、

阻燃江苏海水综合利用研究所等对其制造工艺和应用进行了研究。我国Mg(OH)

2

剂消耗量占无机阻燃剂的30 %左右,每年需要大约9万t ,但我国目前生产能力只有1. 3万t。因此,在我国开展镁资源的精细加工和镁系材料的研究,缩小我国在镁系材料的开发和应用技术方面与世界发达国家的差距,具有独特的意义,也是我国21世纪新材料科学的重大课题。

20世纪80年代至90年代，美、日等国研究了多种晶形的氢氧化镁，主要目的是为了改善在聚合物中加入氢氧化镁后的理化和机械性能，特别是提高阻燃材料的机械性能。例如，制备的氢氧化镁不仅具有晶形结构，而且能达到纳米尺寸(1nm～10nm)，把它加入到聚丙烯基体中后就具有某些钢材的性质，就可取代钢材。说明纳米材料加入到聚合物基体中后就具有特殊的理化和机械性能，并能起到高强度的合金作用(即非金属合金)。因此，开展纳米材料的研究是非常有意义的。

在纳米材料科学研究中，近20余年来发展很快，我国在某些方面已居世界先进水平。目前纳米材料的研究已涉及到许多方面。在纳米镁系物的研究方面，20世纪90年代开始发展起来，首先研究的是纳米氧化镁。我国在90年代中期以来报道过纳米氧化镁的制备技术、结构及理化性质的研究，而纳米氢氧化镁的研究尚未引起重视，国外也刚开始研究，相同内容的专利也只有几个。我国尚未涉及这一领域。因此，这一领域基本空白，我国应及早涉足这一领域，开展基本研制技术的研究。研制纳米氢氧化镁还对纳米氧化镁的制备非常有利。制备纳米氢氧化镁的一个关键技术问题就是掌握解决粒子不会产生一次或多次团聚现象，而且稳定性要高，这就涉及到许多技术和工艺问题需要解决。

氢氧化镁作为一种绿色环保型阻燃剂,随着高分子工业的蓬勃发展，其用途

和用量必将逐年增加。围绕着其在高分子基体中的添加量大和与基体的相容性差所开展的超细化和表面改性的研究相当活跃，我国在这方面起步较晚，尽管取得了较大进展，但大多数技术仍处于实验室水平，还有很多关键技术及理论问题有

待解决。其中包括纳米氢氧化镁阻燃剂团聚形成的机理及防团聚技术的研究；纳 米氢氧化镁阻燃剂制备过程的反应机理及制备过程中结晶动力学和热力学的研究；纳米氢氧化镁阻燃剂高纯度及表面修饰技术的研究；纳米氢氧化镁阻燃剂的工业化制备技术的研究；纳米氢氧化镁阻燃剂及其复合阻燃剂在聚合物中的应用研究等。

1.4 纳米氢氧化镁的制备方法

1、直接沉淀法

直接沉淀法制备纳米氢氧化镁是向含有Mg 2 +的溶液中加入沉淀剂,使生成的沉淀从溶液中析出,最常见的是氢氧化钠法和氨法，其反应方程式分别为:

22Mg 2OH Mg(OH)+

-+−−→↓ 23224Mg 2NH H O Mg(OH)+2NH +++⋅−−→↓

直接沉淀法操作工艺简单,控制反应条件可制得片状、针状和球形的纳米氢氧化镁粉体。

2、均匀沉淀法

均匀沉淀法不是直接加入沉淀剂,而是向溶液中加入某种物质,使它与水或其它物质发生化学反应生成沉淀剂,沉淀剂在整个溶液中均匀生成,从而使反应在溶液中均匀进行。均匀沉淀法制备纳米氢氧化镁一般是用尿素和可溶性镁盐反应：

222322CO(NH )+3H O 2NH H O+CO −−→⋅

23224Mg 2NH H O Mg(OH)+2NH +

++⋅−−→↓

3、反向沉淀法

直接沉淀反应法是把沉淀剂加入盐溶液，这样由于溶液pH 变化将引起沉淀颗粒的ξ电位经历由正到负的过程,而当颗粒表面电荷为零时颗粒会发生二次凝聚,导致颗粒团聚长大。反向沉淀法是把盐溶液加入到碱性沉淀剂中,使反应体系的pH 始终处在碱性范围内,使氢氧化镁颗粒表面始终带负电,有效地避免了团聚体的产生,从而可获得粒度小、分布均匀的纳米氢氧化镁颗粒。

4、沉淀- 共沸蒸馏法

液相法制备纳米Mg (OH)

的团聚问题一直没有得到很好的解决,加入分散

2

剂可以有效防止液相反应阶段的团聚,但由于Mg (OH)

颗粒表面吸附水分子形

2

成氢键,OH 基团易形成液相桥,导致干燥过程中颗粒结合而产生硬团聚。采用非均相共沸蒸馏干燥技术可有效脱除颗粒表面的水分子,从而更有效地控制团聚。选择的共沸溶剂要能与水形成共沸混合物,共沸条件下蒸汽相中含水量大,其表面张力要比水小。此外,它本身的沸点要尽可能的低。常用的共沸溶剂是一些醇类物质,如正丁醇、异丁醇、仲丁醇和正戊醇等。戴焰林等将制备的Mg(OH)

沉

2

淀用一定量的正丁醇打浆,于93 ℃共沸蒸馏, 体系温度由93 ℃升高到正丁醇的沸点117 ℃的过程中水分完全蒸发，在117 ℃下继续蒸发除去正丁醇,最后得到了粒径为50～70 nm 的片状氢氧化镁。但由于正丁醇会对环境造成一定的污染，并且正丁醇的回收也比较麻烦，因此,要想实现工业化生产还有一定的难度。

5、金属镁水化法

金属镁水化法主要以镁粉( w = 99. 999 %) 和蒸馏水为原料在乙(撑) 二胺溶剂中合成纳米氢氧化镁棒。纳米氢氧化镁棒属于一维纳米材料，合成的关键是控制它的成核与一维方向上的晶体生长。乙（撑）二胺溶剂分子作为二价配位体与Mg2 +形成络合物，这种络合物的稳定性随温度的升高而降低,当体系温度升高到一定值时，OH- 与络合物配位。同时OH- 的作用减弱了Mg2 +与N 之间的结合力，而Mg2 +与O2 -之间的化学键逐渐形成。最后Mg2 +与N 分离，Mg2 +与OH-形

棒，(撑) 二胺在此过程中被消耗。这种方法制得的纳米成一维的纳米Mg (OH)

2

Mg (OH)

棒晶化完全，且制备过程中不易引入杂质,可以用来生产超导体添加剂

2

纳米MgO 棒。但对原料和设备要求高，所以制备成本相对要高。

6、均质流体法

北京化工大学杜以波将可溶性镁盐与碱溶液通过均质流体法强制沉淀反应合成（加适量的分散剂）的沉淀经洗涤、过滤和干燥后得到了纳米氢氧化镁。这种方法制得的纳米氢氧化镁粒径为10～100 nm，分散性和表面改性效果都比较好。宋云华等也发明了一种旋转填充床技术，原理上与均质流体法相近，但是它可以用来作气-液相反应制备纳米材料。这两种方法制备的纳米氢氧化镁纯度不高，粒度分布和结晶性都不是很理想,但它们最大的优势是易于实现工业化生产。

7、水热法

水热法是在高温高压下，反应物在水溶液或蒸汽等介质中反应生成目的产物，再经分离或热处理得到纳米粉体。反应温度一般在100～400 ℃,压力0.1MPa 到几十乃至几百兆帕。该法为各种前驱物的反应和结晶提供了一个在常压条件下

无法得到的特殊物理和化学环境, 粉体的形成经历了溶解—结晶的过程。与其他制备方法相比, 具有晶粒发育完整、粒度小、分布均匀、颗粒团聚较轻,易得到合适的化学计量物和晶形等优点。

丁轶等以镁粉和稀氨水为原料,通过水热法合成出氢氧化镁纳米管;并讨论了不同镁源对反应产物形貌的影响。颜理等将氨水逐滴加入到硫酸镁溶液中,然后,在160 ℃下进行水热反应,得到氢氧化镁纳米棒,通过煅烧又得到氧化镁纳米棒。

8、液相脉冲激光烧蚀法

液相脉冲激光烧蚀法是利用激光脉冲轰击浸没在液体(水和其它溶剂)中的金属镁靶,使其表面发生热熔化和(或)汽化,由此产生的镁原子或团簇与溶剂在接触面发生化学反应,生成氢氧化镁分子或团簇。梁长浩等以金属镁粉作为脉冲激光烧蚀的靶,用去离子水或十二烷基磺酸钠(SDS)水溶液作为液相介质,成功制备出孔状、管状和棒状纳米氢氧化镁,并讨论了脉冲激光烧蚀及表面活性剂对氢氧化镁纳米结构的形成和导向生长的影响。

2实验部分

2.1实验设备和药品

1）主要设备：微波炉、圆底烧瓶、滴液漏斗、蒸馏头、直形冷凝管、磁力搅拌子、真空抽虑机、电子天平等实验室常规仪器；检测设备主要用到X 射线衍射仪XRD 、透射电子显微镜TEM 等。

2）主要药品：硫酸镁、氯化铵、氨水。规格如下表

2.2 实验原理

实验主要采用直接沉淀法。即在微波辐射条件下，将一定浓度的氨水滴加到硫酸镁溶液中，反应生成纳米氢氧化镁。生成的产物纳米氢氧化镁经煅烧可以获得相应结构的纳米氧化镁，合成中涉及到的化学反应方程式为：

23224Mg 2NH H O Mg(OH)+2NH +++⋅−−→↓

22Mg(OH)MgO H O −−→+

2.3 实验内容

沉淀法制备纳米氢氧化镁的反应是在碱性条件下（pH ≥9）发生的，碱性太强，产物颗粒大，易团聚；碱性太弱，不能得到产物或者产物很少。因此，反应中氨水浓度是影响产物纳米氢氧化镁形貌的非常关键的因素。经过实验前期的摸索，即用一定浓度的硫酸镁溶液（1mol/L ）与不同浓度的氨水反应，对生成的各产物进行表征比较，最终选定氨水pH=10条件下获得的产物形貌最好，所以在后面的实验中，主要用pH=10的氨水做沉淀剂。pH=10氨水的配置：称取氯化铵固体27g 于烧杯中，加入175mL 分析纯氨水（25% ～28%），然后定容至500mL 容量瓶即得到pH=10的氨水。

对于三种沉淀法：直接沉淀法、反沉淀法和均匀沉淀法，经过对比，得出在微波条件下，直接沉淀法较反沉淀法和均匀沉淀法好。反沉淀法在硫酸镁溶液滴定过程中，圆底烧瓶中部分氨水挥发，导致部分产物在蒸馏头管壁形成；均匀沉淀法反应较慢，反应时间长，获得的产物少。而直接沉淀法则没有上述情况，而

且获得的产物形貌也较好，所以后面的实验中主要采用直接沉淀法。实验步骤为配置一定浓度的硫酸镁溶液于圆底烧瓶，在微波条件下，用滴液漏斗滴加氨水溶液于硫酸镁溶液中。

选择了用直接沉淀法，以pH=10氨水作为沉淀剂，我们又分别考察了不同浓度的硫酸镁溶液、不同的反应时间、不同的微波辐射间歇比（注：实验室的微波炉为间歇式工作，这里所说的间歇比指微波炉工作与不工作的时间比，例如，3:9即为微波辐射3s，而后9s不辐射，如此循环）对产物粒径和形貌的影响，以寻求最佳的反应条件，获得最佳形貌的产物纳米氢氧化镁。

2.4 样品表征

反应得到的产物经陈化、过滤、烘干后，用X射线衍射仪（XRD）对样品晶体结构进行分析，并将经XRD分析结构较好的样品，经900℃煅烧得到氧化镁，用透射电子显微镜（TEM）进一步观察微粒的大小、形貌。

3 结果与讨论

3.1 硫酸镁浓度对产物形貌的影响

以pH=10氨水作为沉淀剂，在微波辐射间歇比为3:9（即微波炉辐射3s 后，停止辐射9s ，如此循环），反应时间为40min 条件下，以50mLpH=10氨水分别滴定25mL 浓度为0.5mol/L 、1.0 mol/L 、1.5 mol/L 、2.0 mol/L 的硫酸镁容液，对获得的产物进行比较，分析不同硫酸镁浓度对产物形貌的影响。

表1 不同MgSO 4浓度条件下获得的产物情况

表1中，晶粒的平均尺寸可由谢尔公式计算：

D K cos λβθ=（）/

其中λ是实验中X 衍射光的波长为1.5406埃，K 是常数0.89，β为X 衍射峰的宽化值（β=B-b ，B 为样品半峰宽，b 为仪器常数）。

从表1中，可以看出，在该浓度范围内，产物纳米氢氧化镁颗粒的平均粒径是随着硫酸镁浓度的升高而降低的；从图1的各个硫酸镁浓度下得到的产物样品XRD 图来看，图上所有的衍射峰与标准图谱的衍射峰基本一致，没有其它杂质峰出现，说明获得的产物纳米氢氧化镁的纯度高。对比不同硫酸镁浓度下产物样品的XRD 图，可以看到，随着浓度的降低，衍射峰强度有上升趋势，且峰宽越来越窄、峰形越来越尖。这说明硫酸镁浓度越低，晶粒的结晶性更好，结晶程度越来越高。

d

c

b

a

1020304050607080

2theta/degree

图1 不同硫酸镁浓度下获得的产物XRD图

（a）0.5mol/L；（b）1.0mol/L；（c）1.5mol/L；（d）2.0mol/L

3.2 氨水浓度对产物形貌的影响

在微波辐射间歇比为3:9，反应时间为40min的条件下，分别以50mL分析纯氨水、1：1氨水（分析纯氨水与蒸馏水等体积混合）、pH=10氨水滴定25mL 浓度为1.0mol/L的硫酸镁溶液。

表2 不同氨水浓度条件下获得的产物情况

图2 不同氨水浓度下获得的产物XRD 图

（a ）pH=10氨水；（b ）1:1氨水（分析纯氨水与蒸馏水等体积混合）；(c)分析纯氨水（25%-28%）

从表2可以看出，产物纳米氢氧化镁样品的平均粒径随着氨水浓度的升高而略有降低，随后又略有升高，但产率随氨水浓度升高而一直增大；图2中，可以看到各浓度氨水的XRD 图与标准普图基本一致，并无杂峰出现，说明产物纯度比较高。对比不同浓度氨水条件下产物的XRD 图，可以看到，随着氨水浓度的降低，峰宽略有变窄，峰形略有变尖，说明随着氨水浓度的降低，晶粒结晶性越好，结晶度越高。这是因为氨水浓度高，反应获得的产物容易团聚。

3.3 微波辐射间歇比对产物形貌的影响

分别在微波辐射间歇比为3:5、3:7、3:9、3:12，反应时间为40min 条件下以50mLpH=10氨水滴定25mL 浓度为1.0mol/L 的硫酸镁溶液，对获得的产物进行表征比较，分析不同微波辐射间歇比对产物形貌的影响。

10

20

30

40

50

60

70

802theta/degree

a b c

表3 不同微波辐射辐射间歇比条件下获得的产物情况

图3 不同微波辐射间歇比下获得的产物XRD 图

（a ）3:5（b ）3:7（c ）3:9（4）3:12

从表3可以看到，产物样品的平均粒径和产率均随着微波辐射间歇比的减小先增大，而后减小，微波辐射间歇比为3:9为一个转折点。因为在一定的反应时间下，辐射间歇比越大，受辐射时间越长，随着反应的进行，温度升高，氨水挥发加剧，因而产率越低。而且随着温度升高，氨水挥发越来越多， NH 4+水解使溶液成酸性，与生成的氢氧化镁中和，之前在做着微波辐射间歇比的减小，峰形越来越尖锐，过了3:9后，3：12条件下峰形又稍有下降，说明在微波辐射间歇比

10

20

30

40

50

60

70

802Theta/degree

a

b c d

为3:9时获得的产物结晶性最好，结晶度最高。对比其他辐射频率下产物的XRD 图，3:5条件下获得的产物XRD 图出现杂峰，我们把此条件下产物的XRD 图单独列出如图3（a ）。微波辐射间歇比为3:3条件下时就出现开始出现沉淀，到最后沉淀消失的现象。图3是各微波频率条件下样品的XRD 图，可以看出，随

图3（a ） 微波辐射间歇比为3:5条件下产物的XRD 图

从图3（a ）可以看出，该辐射间歇比条件下获得的产物XRD 与其他辐射频率条件下的XRD 图最大的区别在于出现了多余的杂峰，说明该条件下获得的产物纯度不够，可能是因为辐射频率大，导致反应温度高，反应中引入副反应，使产物纯度受影响。

3.4 反应时间对产物形貌的影响

在微波辐射间歇比为3:9的条件下，以50mLpH=10氨水滴定25mL 浓度为1.0mol/L 的硫酸镁溶液，反应时间分别为20min 、30min 、40min 、1h ，对获得的产物进行表征比较，分析不同反应时间对产物形貌的影响。

10

20

30

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050010001500200025003000I n t e n s i t y (C P S )

2theta/degree

表4 不同反应时间条件下获得的产物情况

d

c

b

a

1020304050607080

2Theta/degree

图4 不同反应时间条件下获得的产物XRD图

（a）反应时间20min；（b）反应时间30min；（c）反应时间40min；（d）反应时间1h

从表4可以看出，在20min到40min反应时间范围内，产物粒径随反应时间增加而几乎不变，但产率增加，在反应时间增为1h时产物平均粒径骤增，并且产率有所下降，反应时间为40min时是一个转折点；图4是各反应时间条件下产物样品的XRD图，反应时间在20min到40min条件下，衍射峰与标准图谱的衍射峰基本一致，说明该反应条件下产物样品纯度高，再仔细比较不同时间条件下的各XRD图，可以看出，在20min到40min范围内，反应获得的产物XRD图基本一致，但在反应时间增加到1h时，出现了许多很弱的杂峰，说明反应时间过长，产物样品纯度有所下降。

3.5 氧化镁的表征

选择pH=10氨水作为沉淀剂，硫酸镁浓度为1.0mol/L ，微波辐射间歇比为3:9，反应时间为40min ，采用直接沉淀法，用50mL 氨水滴定25mL 硫酸镁溶液，经沉淀、陈化、过滤、烘干后，于900℃下煅烧得到纳米氧化镁，经XRD 分析良好后，再用TEM 透射电镜进行进一步进行表征，进一步观察其大小和形貌。从图7可以看出，该条件下合成的产物纳米氢氧化镁呈针状结构。图形如下：

图6 煅烧得到的纳米氧化镁样品XRD 图

图7 煅烧得到的纳米氧化镁样品TEM 图

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02000

40006000800010000

1200014000

I n t e n s i t y (C P S )

2theta/degree

4结论与展望

本课题主要采用直接沉淀法，以硫酸镁为镁源，氨水作为沉淀剂，在微波辐射条件下获得产物纳米氢氧化镁。简单的探讨了硫酸镁浓度、氨水浓度、反应时间、微波辐射频率对产物形貌的影响，并通过XRD、TEM进行相关的表征分析，通过实验研究，在微波反应条件下，得出以下结论：

（1）在一定的硫酸镁浓度范围内，较低的硫酸镁浓度可获得结晶度较高、形貌较好的产物纳米氢氧化镁。硫酸镁浓度太高，反应获得的产物平均粒径大、形貌不好；硫酸镁浓度太低，反应获得的产物太少，产率太低。硫酸镁浓度在1mol/L左右为好。

（2）在一定的氨水浓度范围内，较低的氨水浓度获得的产物纳米氢氧化镁结晶度和形貌较好。氨水浓度过高，产物团聚现象明显；氨水浓度过低，不反应或者产物极少。实验中选取pH=10的氨水较为合适，获得的产物粒度和形貌都比较好。

（3）反应时间太短，反应物还没来得及反应，获得的产物太少；反应时间太长，虽然产物较多，产率稍高，但是产生团聚，产物粒径大，且部分产物粘附在反应容器圆底烧瓶底壁。实验中反应时间为20到40min较为合适。

（4）微波辐射间歇比太小，不能反应或者产物太少；微波辐射间歇比太大，产物粒径大、形貌较差。这是因为在一定的反应时间下，因为辐射间歇比决定了辐射时间的长短，辐射间歇比小，辐射时间短，反应温度较低，反应不易进行；而辐射间歇比大，辐射时间长，反应温度较高，利于反应进行。实验中选取微波辐射间歇比为3:9左右较为合适，即辐射3s后，停止辐射9s循环。

由于时间原因，加上实验前期主要是确定较适合的反应条件的摸索阶段，实验只考察了单因素反应条件对产物粒度和形貌的影响，并没有对各个影响因素进行正交试验，以优化制备纳米氢氧化镁的工艺条件。因此，实验反应条件有待进一步优化，以获得更佳形貌的纳米氢氧化镁产物。

致谢

值此毕业论文完成之际，谨向我的导师柴多里教授表示深深地谢意。在这两

个多月的时间里，无论是论文的选题、实验的安排、论文的撰写，柴老师都倾注了大量的心血。在柴老师的谆谆教诲和细心指导下，我才得以顺利完成毕业论文。柴老师扎实的专业知识、严谨的治学态度、巧妙的思维构想、独特的人格魅力、丰富的人生经验，无不令人折服并深深感染着我，使我受益匪浅。

此外，特别感谢张柠学长在此期间的指导和帮助。实验部分是在张柠学长的悉心指导下完成的，在实验中，每每有不懂的地方，张柠学长都认真地给我讲解并提出很多建设性意见，使我能够顺利完成实验。在这段期间，杨少东、张小翠等学长学姐们以及刘斌、宁小飞等一同在实验室做实验的同学们也给予了我较大的支持和帮助，在此一并感谢。

感谢合肥工业大学化工学院的老师们在大学四年期间给予我的教育、指导、关心和帮助。

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