[发明专利]制备纳米氢氧化镁的反应系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，特别是涉及一种制备纳米氢氧化镁的方法及反应系统。

背景技术

Mg(OH)₂是一种重要的化工产品和中间体，在环保、医药、食品、农业、化工、石化、电子等行业具有广泛的应用和需求。特别是近年来，纳米Mg(OH)₂作为一种对环境友好的环保型绿色阻燃剂因其具备无毒、高效、抑烟、无公害等优点，已成为了未来阻燃剂发展的趋势。我国是镁资源大国，对发展Mg(OH)₂阻燃剂十分有利；但是在生产技术上却非强国，在高端镁系材料的开发和应用方面，与发达国家还存在较大差距。因此，在我国开展镁资源的应用研究，特别是在制约纳米Mg(OH)₂阻燃剂价格和应用的制备技术方面加大技术攻关力度，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，具有独特的意义和价值。

纳米Mg(OH)₂的制备方法主要有沉淀法、水热法、溶剂热法、超重力法、微乳液法、鼓泡法等。比较而言，以可溶性镁盐或制盐副产的苦卤水为原料，加入碱类物质制备纳米Mg(OH)₂的沉淀法具有操作简单、原料来源广的优点，也是目前国内外工业生产上广泛采用的方法。如果选用制盐副产物苦卤水（MgCl₂·6H₂O）作为镁源，NaOH作为碱源按如下方程式反应制备纳米Mg(OH)₂：

MgCl₂ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓+ 2NaCl

则反应的副产物仍然是NaCl。因此，本工艺如与制盐工业相结合，利用制盐副产物生产纳米Mg(OH)₂ 阻燃剂，反应的副产物又可循环用来制盐，这样就不会产生任何工业废料，没有环境污染，符合循环经济的要求。

但是，这一制备工艺在传统的釜式生产操作中存在很多困难，由于镁盐加碱生成Mg(OH)₂的反应速度非常快，反应物一旦接触反应就迅速进行完全；并且强极性的纳米Mg(OH)₂粒子又极易形成连续胶结。要制得高品质的纳米Mg(OH)₂，反应的前提就首先要求反应物料在瞬间就要达到微观水平的均匀混合，从而在溶液中大量均匀形核，随后又要迅速将晶核从溶液中分离出来，抑制晶核的进一步生长。而在釜式反应设备中，由于机械搅拌的混合和分散强度低，其强化传质使物料均匀混合的速度远低于反应速度，搅拌强度也远不足以分散已团聚的纳米粉体聚集体，更谈不上控制纳米粉体制备过程中的形核与生长阶段。以致釜式沉淀法制备纳米Mg(OH)₂存在严重的产物颗粒不均匀、尺寸分布宽、团聚严重、形貌难以控制等问题。可见，强化反应过程中的传质，实现物料间的瞬间均匀混合；严格控制区分形核与生长阶段；以及提高分散强度就成了决定最终产品质量的关键步，而这些正是釜式反应方式所根本无法提供的。因此，必须改变思路，寻求新的制备方法和制备设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备纳米氢氧化镁的反应系统。

本发明的另一目的是利用上述的反应系统提供一种适合工业化生产的、连续化制备纳米氢氧化镁的方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明公布了一种制备纳米氢氧化镁的反应系统，所述反应系统包括供料装置、反应装置和储料槽；供料装置与反应装置相连，反应装置与储料槽相连，构成一个连续反应系统；所述的供料装置包括物料槽和恒流泵。

所述的反应装置包括反应容器，固定在反应容器中的超声波探头，超声波控制系统，在与反应容器相接的一端相结合的两条进料管道，设在反应容器内中部的集料槽，与集料槽连接的出料口；所述的超声波探头包括超声波换能器和变幅杆；所述超声波探头通过密封环紧密固定在反应容器中。

本发明还公布了一种纳米氢氧化镁的制备方法，在上述的反应系统中进行：将可溶性镁盐溶液和碱液分别置于不同的物料槽中；同时开启供料装置的恒流泵，将可溶性镁盐溶液和碱液等体积同时送入反应装置，控制反应液流速2～20 m/s，同时开启反应装置的超声波，控制超声波频率为20-100kHz，功率为50-800W，反应后的浆料经洗涤、固液分离、干燥得目标产物。

优选的，所述可溶性镁盐溶液中还包括目标产物氢氧化镁质量1-5%的分散剂。

本发明中，所述分散剂优选包括硬脂酸盐、羧酸盐、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)中的至少一种。