[发明专利]一种镁离子交换型层状磷酸镁的制备及应用方法

说明书

技术领域

本发明一种镁离子交换型层状磷酸镁材料的制备及应用方法，属于无机功能材料领域，具体来讲涉及一种离子液体热法直接制备镁离子交换型层状磷酸镁材料并将所制备材料作为固体润滑添加剂应用到润滑领域。

 

背景技术

离子液体热合成方法是2004年由英国St Andrews大学的Russell Morris教授课题组报道的一种新的无机晶体材料合成方法，与传统的溶剂热合成方法不同，其特点是在合成体系中离子液体可以兼具溶剂和模板剂的作用。同时离子液体的种类非常丰富，为合成出新型化合物材料提供了新的途径，极大地丰富了物质世界的组成。离子液体热合成方法将无机材料合成带到一个全新的领域，受到人们广泛的重视。目前还没有离子液体热法制备镁离子交换型层状磷酸镁(分子式为Mg₄P₄H₁₄O₂₁)材料的报道。

机械零件的摩擦与磨损，使全世界增大了1/3-1/2的动力消耗。因此，控制摩擦，减少磨损，改善润滑性能已成为节约能源和原料，缩短维修时间的重要措施。随着机械设备应用范围的不断扩展，不仅摩擦副所使用的材质越来越丰富，而且摩擦副还常常需要在高(低)温、高真空、高负荷和强辐射等苛刻工况下工作，因而对润滑油品的使用性能不断提出新的要求。固体润滑剂是润滑油品中一类重要的添加剂，尤其是在苛刻工况下具有不可替代的作用。目前，MoS₂是实际应用中使用效果最佳的固体润滑添加剂，每年全球的市场需求超过5万吨，但二硫化钼在应用中也有明显的缺陷，首先钼作为稀缺资源，生产成本较高，现在的市场价格在35万元/吨以上；其次，二硫化钼在空气气氛400 ℃以上，易发生氧化，失去润滑效果，而且它在摩擦过程中极易发生摩擦氧化反应MoS₂+ O₂+ H₂O→MoO₃+ H₂SO₄，H₂SO₄的腐蚀性及MoO₃的磨粒磨损，都降低了MoS₂的润滑性；20世纪70年代，前苏联考察队发现了羟基磷酸镁(蛇纹石)的抗磨自修复特性，清华大学郭延宝等研究结果表明蛇纹石是一种金属磨损原位自修复剂，经铁路机车、柴油机车试验证明, 它能够在铁基摩擦副表面生成高硬度、低摩擦修复层(郭延宝等，摩擦学学报，2004，24，512)，但蛇纹石的纤维极其细小，长期接触的人会得石棉沉着病、肺癌等职业病，使它的应用受到限制；本实验室前期利用离子热合成方法制备出层状α-磷酸锆，发现其可以显著的提升润滑油基础油的承载能力和抗磨性能(Lei Liu, et al,Inorg. Chem,2010, 49, 8270)，但锆元素的成本比较高，也不利于工业应用的大量开发。因此，开发新的固体润滑剂材料已成为提升润滑油品性能的重要手段。目前为止，镁离子交换型层状磷酸镁材料作为润滑添加剂直接应用到润滑领域还未见报道。

 

发明内容

本发明一种镁离子交换型层状磷酸镁材料的制备及应用方法，目的在于公开一种离子液体热法直接制备镁离子交换型层状磷酸镁材料并将所制备材料作为固体润滑添加剂应用到润滑领域的方案。

本发明一种镁离子交换型层状磷酸镁材料的制备方法，其特征在于是一种离子液体热法直接制备镁离子交换型磷酸镁材料的方法，该方法是一种将镁化合物、含磷化合物和离子液体加入到带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，搅拌均匀后，密封反应釜，将其放入烘箱中，经过晶化，取出反应釜，室温冷却，用蒸馏水、乙醇洗涤样品，过滤，得到镁离子交换型层状磷酸镁材料，具体的制备工艺步骤为：

(1)离子液体的制备：将季铵盐与有机酸按照摩尔比为0.5-3.0的比例在烧杯中混合均匀，100-120 ℃下加热，直至形成透明液体，即得到反应所需要的离子液体，所述制备离子液体的季铵盐分别为四丙基溴化铵、四乙基溴化铵、四甲基氯化铵或氯化胆碱，所述制备离子液体的有机酸为草酸、苯甲酸、丙二酸、丁二酸或己二酸；