氢氧化镁纳米棒的制备和表征

王宝和，云利娜

（大连理工大学化工学院，辽宁大连 116012）

氢氧化镁纳米棒的制备和表征

王宝和，云利娜

（大连理工大学化工学院，辽宁大连 116012）

以碱式氯化镁纳米棒为前驱物，采用沉淀转化法制备出直径100～200 nm，长约6 μm的氢氧化镁单晶纳米棒。通过X－射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和选区电子衍射（SAED）对产物进行表征与检测，研究了溶剂、沉淀转化剂类型、氢氧化钠溶液初始浓度、反应物物质的量比、反应温度及反应时间等制备工艺参数对产物形貌的影响，获得的最佳制备工艺条件为：溶剂为乙醇，沉淀转化剂为氢氧化钠，氢氧化钠溶液初始浓度为2 mol/L，氢氧化钠与碱式氯化镁的物质的量比为2∶1，反应温度为60℃，反应时间为1 h。

氢氧化镁；纳米棒；制备；表征；形貌

Abstract：Magnesium hydroxide single crystal nanorods with diameter of about 100～200 nm and length of about 6 μm are prepared by precipitation conversion method，using basic magnesium chloride nanorods as precursor and sodium hydroxide as precipitation conversion agent.The obtained products are characterized by X－ray diffraction（XRD），scanning electron microscopy（SEM）and selected－area electron diffraction（SAED）.Effects of preparation parameters on the morphology of magnesium hydroxide nanorods are investigated.The result shows that the optimum conditions to prepare magnesium hydroxide nanorods are as follows：solvent of ethanol，precipitation conversion agent of sodium hydroxide，initial concentration of sodium hydroxide solution is 2 mol/L，molar ratio of sodium hydroxide to basic magnesium chloride is 2∶1，reaction temperature is 60℃，reaction time is 1 h.

Key words：magnesium hydroxide；nanorods；preparation；characterization；morphology

氢氧化镁是一种市场潜力巨大的环境友好型聚合物阻燃剂。据报道，纳米级的氢氧化镁，尤其是一维纳米结构（包括纳米棒、纳米线、纳米晶须等）的氢氧化镁阻燃剂具有更优异的性能，不仅使填充量下降，还能提高聚合物材料的抗弯强度和延伸率等机械性能；纳米氢氧化镁也是制备纳米氧化镁的前驱体。氢氧化镁纳米棒的制备方法主要有沉淀法、水（或溶剂）热法等［1－2］。本文拟以碱式氯化镁纳米棒为前驱物，采用沉淀转化法制备氢氧化镁纳米棒，探讨溶剂、沉淀转化剂类型、氢氧化钠溶液初始浓度、反应物物质的量比、反应温度及反应时间等制备工艺参数对产物形貌的影响。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

试剂：六水氯化镁（MgCl2·6H2O，天津市科密欧化学试剂开发中心），轻质氧化镁（MgO，北京北化精细化工产品有限公司），无水乙醇（C2H5OH，天津市科密欧化学试剂开发中心），氨水（NH4OH，中国医药集团上海化学试剂厂），氢氧化钠（NaOH，沈阳市试剂三厂），以上试剂均为分析纯。

仪器：D/Max2400全自动X－射线衍射仪，日本理学电机株式会社；KYKY－2800B扫描电子显微镜，北京中科科仪技术发展有限责任公司；JEM－1200EX透射电子显微镜，日本JEOL公司。

1.2 样品的制备

采用沉淀转化法制备氢氧化镁纳米棒的实验步骤：①以六水氯化镁和轻质氧化镁为原料，制备出碱式氯化镁纳米棒（详见文献［3］）；②在水浴加热并搅拌的条件下，将前驱物碱式氯化镁纳米棒加入到反应溶剂中，在一定温度常压下反应一定时间后停止搅拌；将反应体系在室温下陈化14 h得到氢氧化镁沉淀；③将1 g沉淀物用50 mL去离子水洗涤、过滤；再将1 g沉淀物用20 mL无水乙醇洗涤、过滤，以除去Na+、Cl－等杂质；④将洗涤过滤得到的沉淀物在烘箱中干燥（80℃，3 h）得到白色的氢氧化镁纳米棒晶体。

1.3 样品的分析与表征

利用扫描电子显微镜（SEM）、选区电子衍射（SAED）和X射线衍射（XRD）对制备出的产物氢氧化镁纳米棒进行分析表征。

2 结果与讨论

影响氢氧化镁纳米棒形貌的制备工艺参数主要有：沉淀转化剂类型、氢氧化钠溶液初始浓度、反应物物质的量比、反应温度、反应时间及溶剂等。

2.1 沉淀转化剂类型对产物形貌的影响

当采用乙醇与水的体积比为3∶1的溶液为溶剂，反应温度为60℃，反应时间为2 h，分别用初始浓度25%的浓氨水（氨与碱式氯化镁的物质的量比为71∶1）和1 mol/L氢氧化钠（氢氧化钠与碱式氯化镁的物质的量比为5.3∶1）为沉淀转化剂时，产物的SEM结果如图1所示。可见，用氢氧化钠为沉淀转化剂比氨水更易形成氢氧化镁纳米棒。

图1 沉淀转化剂类型对产物形貌的影响

2.2 氢氧化钠溶液初始浓度对产物形貌的影响

当采用乙醇与水的体积比为3∶1的溶液为溶剂，反应温度为60℃，反应时间为2 h，氢氧化钠与碱式氯化镁物质的量比为5.3∶1，氢氧化钠溶液的初始浓度分别为0.01、0.1、1和2 mol/L时，产物的SEM结果如图2所示。可见，当氢氧化钠溶液的初始浓度为0.01 mol/L时，大部分为不规则片状产物，只有少量棒状产物存在；当氢氧化钠溶液浓度初始增加至0.1 mol/L时，基本上是棒状产物，但仍有不规则小碎片存在；当氢氧化钠溶液初始浓度增加到1 mol/L时，棒的直径没有明显变化，长度增加到约8 μm；当氢氧化钠溶液初始浓度为2 mol/L时，直径没有明显变化，长度增加到10 μm以上，且形貌外观良好。

图2 氢氧化钠溶液初始浓度对产物形貌的影响

2.3 反应物物质的量比对产物形貌的影响

当采用乙醇与水的体积比为3∶1的溶液为溶剂，氢氧化钠溶液初始浓度为1 mol/L，反应温度为60℃，反应时间为2 h，氢氧化钠与碱式氯化镁的物质的量分别为2∶1、4∶1、5.3∶1和7∶1时，产物的SEM结果如图3所示。可见，四种情况都可以得到氢氧化镁纳米棒，但随着碱过量程度的增加，棒的直径没有明显变化，但长度有所减小。当氢氧化钠与碱式氯化镁的物质的量比为2∶1时，产物形貌良好，直径为300～400 nm，长度约10 μm。

图3 反应物物质的量比对产物形貌的影响

2.4 反应温度对产物形貌的影响

当采用乙醇与水的体积比为3∶1的溶液为溶剂，氢氧化钠与碱式氯化镁的物质的量比为5.3∶1，氢氧化钠溶液初始浓度为1 mol/L，反应时间为2 h，反应温度分别为26、45、60和80℃时，产物的SEM结果如图4所示。可见，当反应温度在26℃时，基本为不规则片状产物，只有少量棒状产物存在；当反应温度为45、60和80℃时，都可得到直径300～400 nm的棒状氢氧化镁，但60℃时的产物长度稍长。

图4 反应温度对产物形貌的影响

2.5 反应时间对产物形貌的影响

当采用乙醇与水的体积比为3∶1的溶液为溶剂，氢氧化钠与碱式氯化镁物质的量比为5.3∶1，氢氧化钠溶液初始浓度1 mol/L，反应温度60℃，反应时间分别为1、2、4和6 h时，产物的SEM结果如图5所示。由图5可以看出，当反应时间为1 h时，可得到直径300～400 nm、长度约10 μm的氢氧化镁纳米棒；随着反应时间的增加，直径基本不变，但长度不断减小，且外表变得比较粗糙。

图5 反应时间对产物形貌的影响

2.6 溶剂对产物形貌的影响

当反应温度为60℃，反应时间为2 h，氢氧化钠与碱式氯化镁物质的量比为5.3∶1，氢氧化钠溶液的初始浓度为2 mol/L，乙醇与水的体积比分别为100%乙醇、3∶1、2∶1、1∶1、100%水时，产物的SEM照片如图6所示。可以看出，当溶剂为100%乙醇时（图6A），可以得到直径300～400 nm、长5～10 μm的氢氧化镁纳米棒，产物分散性良好。随着溶剂中水量的增加，棒的直径稍有增加，长度有所减小，并伴随有不规则的片状氢氧化镁出现。

2.7 氢氧化镁纳米棒的最佳制备工艺条件

综合上述结果，氢氧化镁纳米棒的最佳制备工艺条件为：反应溶剂为乙醇，沉淀转化剂为氢氧化钠，氢氧化钠溶液的初始浓度为2 mol/L，氢氧化钠与碱式氯化镁的物质的量比为2∶1，反应温度为60℃，反应时间1 h。在此合成条件下，得到直径约100～200 nm、长约6 μm的氢氧化镁单晶纳米棒，其XRD、SEM及SAED结果如图7和下页图8所示。

图7 最佳制备条件下氢氧化镁纳米棒的XRD谱图

图8 最佳制备条件下氢氧化镁纳米棒的SEM图（A）和SAED图（B）

3 结论

以碱式氯化镁纳米棒为前驱物，采用沉淀转化法成功制备出直径100～200 nm、长约6 μm的氢氧化镁单晶纳米棒。通过实验考察了沉淀剂类型、氢氧化钠溶液初始浓度、氢氧化钠与碱式氯化镁的物质的量比、反应温度、反应时间及溶剂对产物氢氧化镁纳米棒形貌的影响，得到氢氧化镁纳米棒的最佳制备工艺条件为：反应溶剂为乙醇，沉淀转化剂为氢氧化钠，氢氧化钠溶液初始浓度为2 mol/L，氢氧化钠与碱式氯化镁的物质的量比为2∶1，反应温度为60℃，反应时间为1 h。

［1］云利娜.氢氧化镁纳米棒的制备和干燥动力学研究［D］.大连理工大学硕士学位论文，2008.

［2］邹积琴，王宝和.氢氧化镁一维纳米材料的制备技术研究进展［J］.河南化工，2008，25（3）：11－13.

［3］吕晓明.碱式氯化镁纳米棒的制备及表面改性研究［D］.大连理工大学硕士学位论文，2008.

Preparation and Characterization of Magnesium Hydroxide Nanorods

WANG Bao－he，YUN Li－na
（School of Chemical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116012，China）

TQ132.2

A

1003－3467（2010）21－0035－03

2010－05－11

王宝和（1959－），男，副教授，主要从事氧化镁等镁系功能性微纳米材料的制备和微纳米材料干燥技术的研究工作，电话：（0411）39893916。