Synthesis of Nanometer MgO by Homogeneous Precipitation

Zhang Jin
（Department of Chemistry,Normal University of Shangxi, Xi'An 710062）

Abstract A nanometer MgO are prepared from MgCl2·6H2O and CO(NH2)2 by homogeneous precipitation. The influences of reaction temperature and calcine temperature and time on products are investigated. XRD and TEM are used to characterize the samples.
Key words Homogeneous Precipitation, Nanometer, MgO
摘  要 以MgCl2·6H2O和CO(NH2)2为原料,采用均匀沉淀法制备了纳米MgO。考察了反应温度、煅烧温度和时间对产物的影响,通过X射线衍射、透射电镜对纳米MgO进行了表征。
关键词 均匀沉淀法 纳米 氧化镁

均匀沉淀法合成纳米氧化镁
张 近
（陕西师范大学化学系 西安 710062）

    纳米氧化镁具有不同于本体材料的热、光、电、力学和化学等特殊性能,有着广泛的应用前景［1,2］。纳米氧化镁合成的方法有气相法和金属醇盐水解法［3］，前者设备及技术要求高，后者原料成本高、工艺复杂。均匀沉淀法合成纳米氧化镁未见报道。本文采用均匀沉淀法,向镁盐溶液中加入尿素，在溶液中发生水解反应缓慢地生成沉淀剂。控制沉淀剂的生成速度，便可使过饱合度限定在适当的范围内，从而达到控制颗粒生长速度，获得粒度均匀、纯度高的纳米氧化镁。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
    MgCl2.6H2O(A.R.),CO(NH2)2(A.R.);上海SYQ.DSX—280蒸气压力锅,美国P.E. TGA7热重分析仪,日本理学D＼max—Ⅲc X射线衍射仪,日本日立H—600透射电子显微镜。
1.2 实验方法
    以一定量的MgCl2.6H2O为基准,按1:4的摩尔比称取CO(NH2)2,加入一定质量的蒸馏水将两者溶解并混合均匀。置于蒸气压力锅中,通过调压器调节电压,控制在一定反应温度下进行沉淀反应。反应结束后，将Mg(OH)2沉淀过滤,洗涤（检验无Cl-),真空干燥,煅烧后制得纳米MgO。对Mg(OH)2进行热分析,对MgO作X射线衍射检测和透射电镜观察。
2 结果与讨论
2.1温度对纳米MgO的影响
    图1表明,在105～125℃,纳米MgO的粒径大小无明显变化,在110℃下最小;收率随温度的升高而增大。温度对粒径的影响实际上归结于温度对晶核生成速率和生长速率的影响,而晶核产生的最大速度所在温度区间比晶核生长最大速度所处的温度区间低,即在较低温度下有利于形成较小的颗粒。CO(NH2)2作为沉淀剂,其水解速率对制得纳米MgO的收率影响很大。60℃以下,CO(NH2)2在酸、碱、中性溶液中并不发生水解;随着温度升高,水解速率开始加快,水解度也增大。最初CO(NH2)2转化为NH4COONH2,然后形成(NH4)2CO3,再分解成NH3·H2O和CO2。水解生成的NH3·H2O均匀地分布于溶液中。随水解度增加,溶液OH-浓度逐渐增大,在整个溶液中便均匀地生成Mg(OH)2沉淀。温度越高,Mg(OH)2生成量越大。但在较高温度下(接近或高于其熔点132.7℃时),CO(NH2)2会发生副反应生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸等,溶液中NH3的有效浓度反而下降。因此,沉淀反应的温度应选择不超过CO(NH2)2熔点的尽可能高的温度。

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图1 温度对纳米MgO粒径和收率的影响 图2 纳米MgO的TG曲线

2.2煅烧温度和时间
    由图2所示Mg(OH)2的TG曲线可以看到有两个失重台阶,分别处在220℃～340℃和350℃～480℃,前者为脱除吸附水,后者系Mg(OH)2的分解。 在400℃、410℃、430℃、450℃温度下煅烧2.0h、3.0h、4.0h,实验确定其最佳煅烧条件为450℃、4h。煅烧温度和时间是合成纳米MgO的关键。煅烧温度过高、时间过长,都会使MgO粒径增大,因而在保证Mg(OH)2煅烧完全基础上,煅烧温度越低、时间越短效果越好。
2.3 纳米MgO表征
    图3为在不同温度下煅烧的MgO的X射线衍射图谱。400℃下煅烧4h,非晶成分较多;410℃、4h下,峰强度增大,粒子向晶型发生转变;430℃、4h时,粒子已成为结晶性较好的MgO超细粒;450℃、4h下衍射峰尖锐,其d值与标准衍射卡4-829完全一致,为立方晶系结构MgO。
    利用透射电镜获得的纳米MgO的TEM照片见图4。由该图可见,均匀沉淀法制得纳米MgO分散性好,粒度分布均匀(24～39nm),平均粒径30nm,粒子形状为球形。

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图3 纳米MgO的XRD谱图
a. 400℃,4h; b. 410℃,4h;
c. 430℃,4h; d. 450℃,4h

图4 纳米MgO的TEM照片(放大5万倍)

3 参考文献
[1] 张淑云译.高纯度高密度氧化镁烧结体.无机盐工业,1994,(4):19.
[2] 张立德,牟季美. 纳米材料学.沈阳:辽宁科学技术出版社,1994:303.
[3] 天津化工研究院等.无机盐工业手册(下册).第二版,北京:化学工业出版社,1996:1109～1110.

1998-08-18收稿
张 近 男,40岁,副教授,主要从事化学工程和化工材料的教学与科研。