一種堿式碳酸鎂及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備堿式碳酸鎂的方法，包括：可溶性鎂鹽或其水合物溶于水后加入有機溶劑，得到鎂鹽溶液，后將二氧化碳氣體通入得到的鎂鹽溶液中，后加熱得到固液混合物，固液混合物經分離后得到的固體為堿式碳酸鎂。本發(fā)明在反應體系中引入高純二氧化碳氣體作為碳化劑，反應溫度較低，減少了各種雜質元素的引入，從而提高了堿式碳酸鎂的純度。另外，本發(fā)明通過控制反應條件如溫度、時間、加入無水乙醇等，可制備出形貌(花狀、毛毛蟲狀)、結晶性可控的高純堿式碳酸鎂粉體。
【專利說明】
_種堿式碳酸鏌及其制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于新型材料制備領域，具體涉及一種利用二氧化碳制備微納結構堿式碳 酸鎂及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 作為一種重要的無機化工產品，堿式碳酸鎂除了可以作為制備高純鎂砂、鎂鹽等 系列產品的原材料之外，還可以作為橡膠、藥物、絕緣材料等化工產品的添加劑和改良劑， 應用前景十分廣闊。但是這些潛在應用的實現都與堿式碳酸鎂的純度、形貌及結晶程度等 因素密切相關。例如，應用堿式碳酸鎂做高純氧化鎂材料時，CaO和B 2〇3的含量是評定產品優(yōu) 劣的重要指標之一。而對于電子級別的堿式碳酸鎂，不僅要求它具有很高的純度，還要求它 具有特殊的物理性質。截至目前，制備堿式碳酸鎂的方法有很多種，例如：白云石煅燒-消 化 -碳化法、苦土粉-酸解-碳化法、齒水_純喊法、齒水 _碳錢法、氛氧化儀-碳化法等。
[0003] 目前常用的碳化法制備堿式碳酸鎂粉體的反應機理如下所示：
[0005] 由此分析，在反應體系中只要具備足夠濃度的C0，，就可以形成堿式碳酸鎂。
[0006] 相比于其他方法，碳化法可以比較制備出結構及組成穩(wěn)定的堿式碳酸鎂。然而，在 使用碳化法制備堿式碳酸鎂的過程中，通常需要在反應體系中添加各種碳化劑，例如碳酸 鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氨和碳酸氫銨，因此不可避免的或者引入了雜質元素，如Na+，K+， 為避免雜質的引入應當提高制備設備和環(huán)境要求，而這勢必會引起成本的升高。因此，尋找 一種新的碳化劑，在不引入雜質元素的同時還能制備出形貌、粒徑、結構可控的堿式碳酸鎂 粉體是本領域亟待解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種新的制備具有微納結構堿式碳酸鎂的方法，該方法可 以在避免引入雜質元素的同時通過有效控制反應時間、物料比、反應溫度、焙燒條件等制備 出形貌、粒徑、結構可控的堿式碳酸鎂粉體。本發(fā)明中利用在反應體系中添加無水乙醇可成 功合成花狀、毛毛蟲狀堿式碳酸鎂粉體。
[0008] 本發(fā)明提供了一種具有特殊結構的堿式碳酸鎂，所述堿式碳酸鎂的尺寸為5-60微 米，所述堿式碳酸鎂包括若干層堿式碳酸鎂二次片層，所述堿式碳酸鎂二次片層的厚度為 5-15納米，大小為0.5-2微米，所述堿式碳酸鎂二次片層上具有尺寸為3-20納米的微孔。該 結構外觀上為花狀結構或花狀結構。
[0009] 特別的，本發(fā)明提供了一種尺寸為12-60微米的堿式碳酸鎂粉體。
[0010]更優(yōu)選的，所述堿式碳酸鎂粉體的尺寸為12-20微米或20-30微米。
[0011]優(yōu)選的，對于花狀結構，所述堿式碳酸鎂二次片層包括若干層堿式碳酸鎂一次片 層，所述堿式碳酸鎂二次片層的厚度為5-15納米，大小為0.5-1微米，所述堿式碳酸鎂片層 上具有尺寸為3-20納米的微孔。
[0012] 本發(fā)明提供的制備所述堿式碳酸鎂的方法包括如下的步驟：
[0013] 可溶性鎂鹽或其水合物溶于水后加入有機溶劑，得到鎂鹽溶液，或可溶性鎂鹽溶 于水后得到鎂鹽溶液;后將二氧化碳氣體通入得到的鎂鹽溶液中，后加熱得到固液混合物， 固液混合物經分離后得到的固體為堿式碳酸鎂。
[0014] 優(yōu)選的，所述鎂鹽為氯化鎂、碳酸鎂、硝酸鎂和/或硫酸鎂。
[0015]優(yōu)選的，所述方法進一步包括調節(jié)鎂鹽溶液pH為9-11，調節(jié)pH試劑為氨水、氫氧化 鈉水溶液和/或氫氧化鉀水溶液，為溶液中Mg2+的沉積提供條件；
[0016] 所述二氧化碳可以是工業(yè)氣體或者高純度的二氧化碳，也可以是凈化后的含二氧 化碳的廢氣。
[0017] 優(yōu)選的，所述加熱溫度為20至80攝氏度。
[0018]優(yōu)選的，所述有機溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、聚乙二醇和/或丙酮。
[0019]更優(yōu)選的，所述有機溶劑為乙醇。
[0020] 優(yōu)選的，所述鎂鹽溶液的濃度為20-60g/L，更優(yōu)選40-50g/L，一個更加的優(yōu)選值為 48g/L〇
[0021 ] 優(yōu)選的，所述二氧化碳的通入速度為0.3-1. OL/min，更優(yōu)選0.5g/L。
[0022]優(yōu)選的，所述固液混合物經分離后得到的固體用去離子水洗滌至中性，最后用無 水乙醇洗滌1~3次。該操作可以提高產品的純度。
[0023]更優(yōu)選的，所述堿式碳酸鎂于50-80攝氏度干燥。
[0024]優(yōu)選的，所述有機溶劑與水的體積比為4:1000-4:73,該比例可以制備獲得毛毛蟲 狀的堿式碳酸鎂粉體。
[0025]優(yōu)選的，所述有機溶劑和水的體積比為4:73-4:35時，該比例可以制備獲得花狀堿 式碳酸鎂粉體。
[0026]在本發(fā)明的一個典型實施例中，堿式碳酸鎂按照如下的方式制備：
[0027] (1)將MgCl2 · 6H20溶解于水溶液中，加入適量無水乙醇，形成48g/L MgClfK溶液， 控制反應溶液的酸堿度為9~11;
[0028] (2)將高純二氧化碳氣體通入MgCl2水溶液中，控制通入速度約為0.5L/min;
[0029] (3)在高速攪拌下加熱上述溶液，加熱溫度從室溫到80度，回流時間從1~4小時；
[0030] (4)所得樣品進行過濾，并用去離子水洗滌之中性，最后用無水乙醇洗滌1~2次；
[0031] (5)將(4)所得白色沉淀物在50-80度烘干1 Oh。
[0032] 本發(fā)明在反應體系中引入高純二氧化碳氣體作為碳化劑，反應溫度較低，減少了 各種雜質元素的引入，從而提高了堿式碳酸鎂的純度。另外，本發(fā)明通過控制反應體系中無 水乙醇的添加量，可成功制備出形貌(花狀、毛毛蟲狀)和結晶性可控的高純堿式碳酸鎂粉 體。
【附圖說明】
[0033]圖1.實施例1得到樣品的XRD衍射圖。
[0034]圖2.實施例1得到樣品的FE-SEM圖。
[0035]圖3.實施例2得到樣品的XRD衍射圖。
[0036]圖4.實施例2得到樣品的FE-SEM圖。
[0037]圖5.實施例3得到樣品的XRD衍射圖。
[0038]圖6.實施例3得到樣品的FE-SEM圖。
【具體實施方式】
[0039]如下為本發(fā)明的實施例，其僅用做對本發(fā)明的解釋而并非限制。
[0040] 實施例1
[0041 ] (1)將 18.52g MgCl2 · 6H20溶入350ml ρΗ=10·0的水溶液中，加入35ml無水乙醇， 形成透明MgCl2堿性水溶液；
[0042] (2)將高純二氧化碳氣體通入MgCl2水溶液中，控制通入速度約為0.5L/min;
[0043] (3)將該反應溶液加熱至60度，反應2h;
[0044] (4)反應結束以后將得到的樣品進行過濾，并用去離子水洗滌至中性后，用無水乙 醇洗滌，并在50-80度烘干10h。
[0045] 將所得樣品分別進行粉末X-射線衍射分析(XRD，如圖1)和場發(fā)射-掃描電子顯微 鏡(FE-SEM，如圖2)分析表征。如圖1所示，由于有代表（100)，（011)，（丄02)和(022)晶面的特 征峰的出現，證明該沉淀物為堿式碳酸鎂。且這些衍射峰都呈現了不同程度的寬化，表明該 材料具有納米尺寸。因此，可以采用C0 2氣體為碳化劑制備堿式碳酸鎂粉體。且衍射圖形中 沒有其他峰形的出現，表明該產物的純度較高。如圖2所示，采用該方法法可成功制備出花 狀堿式碳酸鎂粉體。該種花狀堿式碳酸鎂包括若干層1〇μπι左右的堿式碳酸鎂二次片層，，該 堿式碳酸鎂二次片層由l〇nm大小約為2μηι的堿式碳酸鎂一次片層。
[0046] 實施例2
[0047] (1)將18.52g MgCh · 6Η20溶入385ml ρΗ=10·0的水溶液中形成透明MgCh堿性水 溶液；
[0048] (2)將高純二氧化碳氣體通入MgCl2水溶液中，控制通入速度約為0.5L/min;
[0049] (3)將該反應溶液加熱至60度，反應2h;
[0050] (4)反應結束以后將得到的樣品進行過濾，并用去離子水洗滌至中性后，用無水乙 醇洗滌，并在50-80度烘干10h。
[0051] 實施例2與實例1的唯一區(qū)別在于是否在反應溶液中添加無水乙醇。如圖3可知，當 在反應體系中沒有添加無水乙醇時，所得到的白色沉淀物仍然是堿式碳酸鎂粉體。但是對 比與圖1可知，當反應體系中沒有無水乙醇的時候，所得堿式碳酸鎂粉體的結晶度減弱。這 表明，在利用C0 2氣體作為碳化劑制備堿式碳酸鎂粉體的時候，無水乙醇的添加有利于堿式 碳酸鎂粉體結晶程度的提高。另外，對比圖2和圖4可知，當反應體系中沒有添加無水乙醇的 時候，所制備的堿式碳酸鎂粉體為具有微米-納米結構的毛毛蟲狀堿式碳酸鎂。毛毛蟲狀堿 式碳酸鎂粉體長大約7μπι，且此微米結構中有大量厚10nm，大小為500nm左右的納米片層組 成。而無水乙醇的添加則有利于納米片層的繼續(xù)生長，從而最終形成花狀堿式碳酸鎂納米 粉體。
[0052] 實施例3
[0053] (1)將18.52g MgCl2 · 6H20溶入350ml ρΗ=10·0的水溶液中，加入25ml無水乙醇和 l〇ml去離子水，形成透明MgCl2堿性水溶液；
[0054] (2)將高純二氧化碳氣體通入MgCl2水溶液中，控制通入速度約為0.5L/min;
[0055] (3)將該反應溶液加熱至60度，反應2h;
[0056] (4)反應結束以后將得到的樣品進行過濾，并用去離子水洗滌至中性后，用無水乙 醇洗滌，并在50-80度烘干10h。
[0057] 將所得產物進行XRD表征分析。如圖5所示，對比圖1，當反應體系中無水乙醇的添 加量減少時，所得產物仍然是堿式碳酸鎂。且晶形結構沒有發(fā)生明顯變化。只是當無水乙醇 的添加量減少時，堿式碳酸鎂(011)/(001)峰的強度比減弱，說明隨著無水乙醇添加量的變 化，堿式碳酸鎂粉體的優(yōu)勢生長面發(fā)生變化。而根據圖6可知，當反應體系中無水乙醇的添 加量為25ml時，所制備的堿式碳酸鎂具有非常均一的毛毛蟲形狀。且與圖4相比，當反應體 系中添加25ml無水乙醇時，所生成的堿式碳酸鎂粉體具有增大的毛毛蟲形狀。在此條件下 形成的毛毛蟲狀堿式碳酸鎂粉體長大約20μπι，且此微米結構中有大量厚10nm，大小為Ιμπι左 右的納米片層組成。當繼續(xù)增加無水乙醇量時，由于促進其納米片層的生長，繼而生成花狀 堿式碳酸鎂粉體(圖2)。
[0058]實施例4-10所使用的條件及反應結果參見下表。
【主權項】
1. 一種堿式碳酸鎂，其特征在于，所述堿式碳酸鎂的尺寸為5-60微米，所述堿式碳酸鎂 包括若干層堿式碳酸鎂二次片層，所述堿式碳酸鎂二次片層的厚度為5-15納米，大小為 0.5-2微米;所述堿式碳酸鎂二次片層上具有尺寸為3-20納米的微孔。2. 根據權利要求1所述的堿式碳酸鎂，其特征在于，所述堿式碳酸鎂二次片層包括若干 層堿式碳酸鎂一次片層，所述堿式碳酸鎂二次片層的厚度為5-15納米，大小為0.5-1微米， 所述堿式碳酸鎂片層上具有尺寸為3-20納米的微孔。3. -種制備堿式碳酸鎂的方法，包括： 可溶性鎂鹽或其水合物溶于水后加入有機溶劑，得到鎂鹽溶液，或可溶性鎂鹽溶于水 后得到鎂鹽溶液;后將二氧化碳氣體通入得到的鎂鹽溶液中，后加熱得到固液混合物，固液 混合物經分離后得到的固體為堿式碳酸鎂。4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述鎂鹽為氯化鎂、碳酸鎂、硝酸鎂和/或 硫酸鎂。5. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述加熱溫度為20至80攝氏度。6. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述有機溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、聚乙二 醇和/或丙酮。7. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述鎂鹽溶液的濃度為20-60g/L。8. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳的通入速度為0.3-lL/min。9. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述無水乙醇與水的體積比低于4:73。10. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述無水乙醇和水的體積比為4:73-4: 35〇
【文檔編號】C01F5/24GK105936513SQ201610387026
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】海春喜, 周園, 任秀峰, 李松, 申月, 曾金波, 董歐陽, 李翔, 張麗娟
【申請人】中國科學院青海鹽湖研究所