| 查看: 349 | 回复: 1 | ||
| 当前主题已经存档。 | ||
[资源]
气泡液膜法制备疏松型纳米氢氧化镁
|
||
|
气泡液膜法制备疏松型纳米氢氧化镁 (中山市应用化学研究所 中山市微纳工业新材料有限公司 广东 中山火炬开发区 528436) 摘要：报道了气泡液膜法制备纳米Mg(OH)2。介绍了气泡液膜法的关键设备气泡液膜反应器。用海洋和盐湖卤水（MgCl2水溶液）为原料，NaOH水溶液或氨水为沉淀剂，脂肪酸盐水溶液或乳液为包覆剂，制备了Mg(OH)2纳米粒子，将其在BNR和PP中应用，均表现出明显的阻燃和纳米增强（或补强）效应。说明了气泡液膜法制备纳米Mg(OH)2的特点。 关键词：气泡液膜法，气泡液膜反应器，纳米Mg(OH)2，制备，表征，特点 0前言： 制备纳米Mg(OH)2的方法有微乳法、水热法、液相沉淀法等。在液相沉淀法中采用的主要设备有强力乳化机、高压釜、超重力机[1]、全反混均质乳化器[2]、以及旋转圆盘反应器（spinning disk reactor）[3]、气泡液膜反应器[4]等。这些设备的提出，都是为了解决化学液相沉淀法制备Mg(OH)2纳米粒子过程中存在的以下难题： 1，工业规模生产粒径＜100nm，或＜＜100nm，粒度和形貌均匀，可控的高品质Mg(OH)2纳米粒子； 2，纳米粒子的团聚； 3，产品的过滤、洗涤； 4，产品在载体中分散为单个纳米粒子，充分表现出纳米功能。 传统的化学、化工反应设备已不适应化学液相沉淀法制备纳米粒子的要求，需要提出新的思路，设计和制造创新设备。 本文报道了新颖的制备Mg(OH)2纳米粒子的气泡液膜法[5]，及其关键设备气泡液膜反应器。采用连续式气泡液膜反应器，用海洋和盐湖卤水（MgCl2水溶液）为原料，NaOH水溶液或氨水为沉淀剂，脂肪酸盐水溶液或乳液为包覆剂，制备Mg(OH)2纳米粒子[3]。 1气泡液膜法 气泡液膜法是利用泡罩碟式搅拌[4]将气体分散为均匀细小气泡，反应液和气体一旦进入反应器，瞬间达到微观混合均匀，形成气泡液膜的特殊功能，在反应体系中产生足够量均匀细小的气泡，全部反应液被气泡分隔成足够薄的液膜，气泡为分散相，液膜为连续相，包覆剂的非极性端伸向气泡内部，极性端伸向液膜，构成气泡液膜纳米反应环境。MgCl2和NaOH的沉淀反应，Mg(OH)2的晶体成核、生长、终止，生成Mg(OH)2纳米粒子及其原位包覆，生成Mg(OH)2胶囊纳米粒子及其矿化，形成矿化泡沫产物等过程均在气泡液膜中进行，故称之为气泡液膜法，图1。 图1 气泡液膜纳米反应环境示意图 图2 吸附气体的纳米粒子示意图 初产物矿化泡沫经过滤，洗涤和干燥后，制得Mg(OH)2纳米粒子的疏松型粉体或块体。所谓“疏松型”有两层含意：一是纳米粒子的表面吸附了大量气体，形成气相界面，抑止团聚，纳米粒子间是“疏松”的，图2。二是纳米粒子采取无序堆积的宏观聚集体内存在大量气泡、气孔，即疏松的颗粒或块体。这与由若干个纳米粒子紧密堆积在一起的颗粒粉体迥然不同。 2气泡液膜反应器 气泡液膜法的关键设备是气泡液膜反应器，采用的搅拌器与通常的化学、化工用搅拌器迥异。气泡液膜反应器主要由泡罩碟式搅拌[6]、容器、计量泵、PH计等组件构成，可连续式操作。气泡液膜反应器具有将气体分散为均匀细小气泡，反应液和气体一旦进入反应器，瞬间达到微观混合均匀，形成气泡液膜的特殊功能。已设计和研制出可制备2-3Kg/h纳米Mg(OH)2的NA-LS-1L型，可制备10-15Kg/h纳米Mg(OH)2的NA-LS-5L型，可年产600吨纳米Mg(OH)2的NA-LS-80L型连续式气泡液膜反应器，分别见图3、图4、图5。 图3 NA-LS-1L型连续式气泡液膜反应器 图4 NA-LS-5L型连续式气泡液膜反应器 图5 NA-LS-80L型连续式气泡液膜反应器 3 纳米Mg(OH)2的生产[7] 将海洋卤水（MgCl2水溶液）、NaOH水溶液或氨水、脂肪酸钠水溶液和空气并流连续加入连续式气泡液膜反应器内，起动搅拌，调节各溶液的加入速度，控制反应体系保持在需要的PH值。反应液和空气形成气泡液膜，快速生成Mg(OH)2纳米粒子，原位包覆，生成Mg(OH)2胶囊纳米粒子，及其矿化泡沫，连续流出反应器，经陈化、过滤，水洗和干燥，制得Mg(OH)2纳米粒子滤饼，根据需要制成疏松型块体、颗粒或粉体。 对MgCl2水溶液的浓度、NaOH水的浓度、包覆剂添加量、泡罩碟式搅拌器的转速等反应条件，以及过滤、洗涤和干燥等过程对气泡液膜法制得Mg(OH)2纳米粒子粒度和分布的影响进行了测试和研究。在一种反应条件下，连续式操作制得Mg(OH)2纳米粒子的粒度及分布、XRD、SEM、TEM、FTIR、以及PP/纳米Mg(OH)2（100/100）复合材料横切面的SEM相片，如图6、7，8、9、10和11。 图6 纳米Mg(OH)2的粒度及分布 图7 纳米Mg(OH) 2的XRD 图8 纳米Mg(OH)2的SEM照片 图9 纳米Mg(OH)2的TEM照片 图10纳米Mg(OH)2的FTIR 4气泡液膜法制备纳米Mg(OH)2的特点 4.1极大地强化传质，传热，强化反应，能耗低 MgCl2水溶液、NaOH水溶液、脂肪酸钠水溶液（或乳液）和空气一旦进入气泡 液膜反应器，在泡罩碟式搅拌器的强力分散和均质作用下，瞬间达到微观混合均匀，产生气泡液膜，形成纳米反应环境，极大地强化传质，传热，强化反应。反应物并流加入反应器，在反应自己产生的热量维持下，快速完成沉淀反应，生成Mg(OH)2纳米粒子矿化泡沫流出，节省加热和搅拌用的能量。 4.2产物的粒度、形貌和均匀性可控 MgCl2与NaOH的沉淀反应，Mg(OH)2晶体的成核、生长、终止、生成纳米粒子， 及其原位包覆和矿化过程等均在气泡液膜中完成，纳米粒子的粒度、形貌和均匀性受液膜的厚度和均匀性、以及初生Mg(OH)2的局部过饱和浓度的均匀性控制。液膜厚度和均匀性，以及Mg(OH)2的局部过饱和浓度的均匀性，都受泡罩碟式搅拌器的转速及其稳定性控制。因此转速及其稳定性是决定性的控制因素。 a b c 图11 在不同控制条件下制得的纳米Mg(OH)2的粒度及分布 气泡液膜反应器可将Mg(OH)2的数均粒度控制为90%在10—25nm，80%在20—40nm，或80%在30—50nm，见图12(a、b和c)。根据需要，控制不同反应条件，可制备片状、粒状和针状纳米Mg(OH)2，见图13、14和15，还可容易地制备亚微米级和微米级Mg(OH)2粒子。 图12片状纳米Mg(OH)2的SEM相片 图13 粒状纳米Mg(OH)2的TEM照片 图14 针状纳米Mg(OH)2的SEM照片 4.3原位包覆和纳米粒子表面的气相界面，抑止团聚 这里所说的纳米粒子的原位包覆是指纳米粒子一旦生成就被包覆，实际上是纳米粒子生长的终止过程。由于纳米粒子表面被包覆剂改性，表面活性大幅度降低；纳米粒子的表面吸附了大量气体，形成气相界面，见图2。这两种因素有效地抑止团聚。 4.4疏松型纳米Mg(OH)2在载体中易分散为单个纳米粒子 纳米粒子表面活性大幅度降低，增加了Mg(OH)2纳米粒子与高分子材料等有机载体间的相容性， Mg(OH)2纳米粒子表面的气相界面，都有利于纳米Mg(OH)2在PE、NBR和PP等高分子材料中的分散，获得有纳米功能的复合材料。这不仅为本文的实验结果所证实，见图15、表1和表2，还为吴大鸣等[8]的“原位气泡拉伸法（ISBS）制备LDPE/nano-Mg(OH)2复合材料力学性能研究”的结果所证实。 图15 PP/纳米Mg(OH)2复合材料横切面的EM照片 表1 LLDPE/纳米Mg(OH)2复合材料的性能 项 目 拉伸强度 /MPa 断伸 /% 弯曲强度 / MPa 弯曲模量 / MPa 冲击强度 / KJ/m2 氧指数 / % LLDPE 10.57 386.75 10.93 297.7 50 17.9 LLDPE/纳米Mg(OH)2 14.99 17.82 22.2 911.2 12.27 24 表2丁腈橡胶/纳米Mg(OH)2复合硫化橡胶的性能 项 目 检测数据 性能变化% NBR 100 100 / 纳米Mg(OH)2 0 100 / 100%定伸应力/MPa 1.34 1.88 40.3 拉伸强度/ MPa 3.28 9.05 175.9 扯断伸长率/% 315 630 100. 撕裂强度/KN/m 12.32 22.37 81.6 邵尔A硬度/度 48 63 31.3 氧指数/% 18.5 27.0 45.9 表3 PP/MH*复合阻燃材料的性能 项 目 拉伸强度 / MPa 弯曲强度 / MPa 断裂伸长率 / % 冲击强度 / MPa 纯聚丙烯（PP） 34.91 60.68 10.30 4.60 PP/MH* 35.44 60.34 6.9 4.35 PP/MH*为含有其它助剂的PP/纳米Mg(OH)2复合阻燃材料 4.5 初产物为Mg(OH)2纳米粒子的矿化泡沫易过滤、易洗涤和干燥 气泡液膜法制备的Mg(OH)2纳米粒子的初产物为矿化泡沫，漂浮在反应体系的上层，不断“泌水”，将NaCl或NH4Cl等可溶性无机物溶液泌出，在下层，将大部分可溶性无机物分离除去。疏松的矿化泡沫易过滤，易洗涤，易干燥，解决了纳米粒子的洗涤难问题，工艺简练，流畅。 4.6连续式气泡液膜反应器可以实施工业化规模生产 采用连续式气泡液膜反应器，可以实施工业化规模生产，已建成年产纳米Mg(OH)2 600吨的生产线，设备精巧，投资少，易起动，易停车，易检修，维护费低。 图8 PP/纳米Mg(OH)2复合阻燃材料的横切面SEM照片 参考文献： [1] 陈建峰 主编，超重力技术几应用，化学工业出版社，北京，2002 [2] 戴焰林，洪玲，利毅，全反混居民点质乳化法制备纳米氢氧化镁工艺研究[J]，化嗯矿物与加工，2003，8：8-9 [3] Clifford Y. Tai, Chia-Te Tai, Ming-hui Chang, and Hwai-Shen Liu, Synthesis OF Magnesium Hydroxide and Oxide Nanoparticles Using a Spinning Disk Reactor, Ind. Eng. Chem. Res.,2007,46,5536-5541 [4] 杨第伦，李宗葆，多用途气泡液膜反应器[P]，CN1833769A 2006.2.28 [5] 杨第伦，李宗葆，一种制造纳米粒子的气泡液膜法[P]，CN 1803272A，2005.12.2 [6] 杨第伦，李宗葆，曾 能，莫小红，一种饱罩碟式搅拌器[P]， ZL200420044185.8，2004.3.31 [7 ] 杨第伦，李宗葆，曾 能，贾德民，氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂的制造方法[P]， ZL200510033253.X, 2005.2.23 [8] 吴大鸣，原位气泡拉伸法（ISBS）制备LDPE/nano-Mg(OH)2复合材料力学性能研究 山东海龙镁业：曾能 博士 手机13702798171 www.helon.cn http://zswinner.blog.bokee.net/ |
回复此楼» 猜你喜欢
学院官方群-院士团队招生-学生自由度高-培养模式成熟已有10余名学生赴985海外深造
已经有0人回复
-
武汉纺织大学化工学院官方群-院士团队招生-学生自由度高-10余名学生赴985海外深造
已经有0人回复
-
无机化学论文润色/翻译怎么收费?
已经有223人回复
-
南昌航空大学蒋华麟教授课题组招收化学、环境、碳达峰碳中和及相关专业硕士信息
已经有0人回复
-
湖北师范大学复试调剂
已经有0人回复
-
武汉纺织大学_化工学院官方调剂群-院士团队招生-学生自由度高-每届发展好
已经有0人回复
-
河北大学材料与化工专业研究生（专硕）招收调剂生
已经有0人回复
-
河北大学无机化学专业招收调剂生
已经有0人回复
-
济南大学国家优青课题组 2026 调剂招生来啦
已经有0人回复
-
武汉纺织大学_化学院官方调剂群-院士团队招生-学生自由度高发展好-欢迎各位同学
已经有0人回复
» 本主题相关商家推荐: (我也要在这里推广)
2楼2008-06-08 09:40:46
