一种低成本合成碱式硫酸镁晶须的新方法技术

本发明专利技术属于无机化工材料制备领域，具体涉及一种低成本合成碱式硫酸镁晶须的新方法。本发明专利技术以海水淡化后的浓海水和无机碱液为原料，首先在10‑90℃温度条件下，在一定搅拌和进料速率下，制备得到氢氧化镁悬浮液，过滤洗涤，将固相分散到硫酸盐溶液，在100‑250℃下水热反应2‑24小时，再经过滤、洗涤、干燥，得到大小均匀、形貌均匀、分散性较好的水合碱式硫酸镁晶须，其组成为5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O，平均长度为40‑400μm，平均直径0.5‑4.5μm。该工艺过程简单、成本低廉、附加值高，温度操作弹性大，易于操作和推广。本发明专利技术为浓海水和盐湖镁资源的高值化利用提供了一条新途径。

A New Low Cost Method for the Synthesis of Magnesium Sulfate Whiskers

The invention belongs to the field of preparation of inorganic chemical materials, in particular to a new method for synthesizing basic magnesium sulfate whiskers at low cost. The present invention takes concentrated seawater and inorganic alkali liquor after desalination as raw materials. First, magnesium hydroxide suspension is prepared at the temperature of 10 90 C under certain stirring and feeding rate, filtered and washed, the solid phase is dispersed into sulfate solution, and hydrothermal reaction is carried out at 100 250 C for 2 24 hours, and then filtered, washed and dried to obtain uniform size, uniform morphology and dispersion. The better hydrated basic magnesium sulfate whisker is composed of 5Mg(OH)2.MgSO4.3H2O, with an average length of 40_400 um and an average diameter of 0.5_4.5 um. The process is simple, low cost, high added value, flexible temperature operation, easy to operate and promote. The invention provides a new way for high value utilization of magnesium resources in concentrated seawater and salt lakes.

【技术实现步骤摘要】
一种低成本合成碱式硫酸镁晶须的新方法
本专利技术属于无机化工材料制备
，涉及一种低成本合成碱式硫酸镁晶须的新方法。具体地说，以海水淡化后的浓海水和无机碱液为原料，制备得到纯度和分散性较好的前驱体，将其过滤洗涤后，将固相分散到添加硫酸盐溶液，经过水热反应，可直接制备得到大小均匀、形貌均匀、分散性较好的水合碱式硫酸镁晶须。水合碱式硫酸镁晶须可广泛用于增强剂和阻燃剂等行业。本专利技术为浓海水以及盐湖卤水镁资源的高值化利用提供了一条新途径。
技术介绍
我国是水资源严重短缺的国家，人均水量既少，又时空分布不均，中西部地区的水质较差，多为苦咸水或微咸水；沿海地区经济发达，人口居多，水资源短缺，发展严重受制于水资源缺乏。海水淡化技术发挥了补充替代淡水资源的作用。近20年来海水淡化技术在全球有了快速发展。海水经过淡化技术之后得到的浓海水盐度是正常海水的1.5-2倍，这些高浓盐水的排放会引起排放区域海水盐度增高。盐度的改变会对动物生存、生长繁殖、生理代谢过程、代谢调节机制、物种分布等方面造成一定的影响。浓海水中含有丰富的镁资源，如何将浓海水镁资源进行高值化利用，在此时显得尤为重要。晶须是具有一定长径比(一般大于10)和截面积(小于52×10-5cm2)的单晶纤维材料，由于晶须的结构完整，内部缺陷较少，因此晶须的强度和模量均接近其完整晶体的理论值，是力学性能十分优异的复合材料补强增韧剂，可作为塑料、涂料、陶瓷等材料的改性添加剂。碱式硫酸镁晶须具有优良的物理性能，强度高，电气性能好，与塑料材料相容性较好，易于润湿和无序取向，从而表现出良好的填充性能和增强能力。相对于玻璃纤维和碳纤维，碱式硫酸镁晶须的模塑制品具有更好的尺寸稳定性和精度，并且表面光洁度高，碱式硫酸镁晶须类的复合材料可用来制造各种形状复杂的部件、轻质高强阻燃部件及电子电器部件。第一种碱式硫酸镁晶须MgSO4·Mg(OH)2·xH2O被发现于1892年，随后几十年的时间，人们相继发现了多种形式的碱式硫酸镁晶须；1978年，Bischoff和Seyfreied在研究高温高压条件下海水水热反应时发现了碱式硫酸镁晶须2MgSO4·xMg(OH)2·(2-2x)H2O(x＝0.5-1.0)，开创了水热合成碱式硫酸镁晶须的先河。20世纪80年代初至今，科研工作者对碱式硫酸镁晶须进行了大量的研究。目前虽然有不少关于碱式硫酸镁晶须制备方法的报道，但是没有将浓海水中的镁资源进行高值化利用，且所采用的沉淀剂均为氢氧化钠和氨水，从生产成本和设备腐蚀等方面限制了碱式硫酸镁晶须的大规模工业化生产。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种低成本合成碱式硫酸镁晶须的新方法，采用氢氧化钙或以氢氧化钙占主体的无机碱液作为沉淀剂，与浓海水反应生产氢氧化镁前驱体，并随后进行水热合成，为碱式硫酸镁晶须的制备提供了一条新工艺。本专利技术技术方案如下：一种低成本合成碱式硫酸镁晶须的新方法，其特征在于：以海水淡化后的浓海水和无机碱液为原料，首先在10-90℃温度条件下，在一定搅拌和进料速率下，保证反应过程中pH在9-13内相对稳定，制备得到纯度和分散性较好的氢氧化镁悬浮液，将其过滤洗涤后，将固相分散到硫酸盐溶液，在100-250℃下水热反应2-24小时，再经过滤、洗涤、干燥，可直接制备得到大小均匀、形貌均匀、分散性较好的水合碱式硫酸镁晶须，其组成为5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O，平均长度为40-400μm，平均直径0.5-3μm的水合碱式硫酸镁晶须。根据本专利技术所述一种低成本合成碱式硫酸镁晶须的新方法，其具体制备方法如下：(1)以海水淡化后的浓海水和无机碱液为原料，首先在10-90℃，在100-800转/分搅拌条件下，反应0.5-2小时，保证反应过程中pH在9-13内稳定不变，得到白色乳状浆液；其中浓海水中无机镁盐与无机碱的化学计量比为1:1-1:1.5；(2)将步骤(1)中的白色乳状浆液过滤、洗涤，然后将固体加入分散剂和0.5-5摩尔/升的硫酸盐溶液，得到固含量为1％-20％的悬浮液，搅拌均匀；(3)将步骤(2)中制备得到的悬浮液置于高压反应釜，于100-250℃下水热2-20小时；(4)将水热反应后的悬浮液过滤、洗涤和干燥后，得到所述水合成碱式硫酸镁晶须。所述海水淡化后的浓海水的无机镁盐为氯化镁或硫酸镁的一种或两种盐的混合液。根据本专利技术所述一种低成本合成碱式硫酸镁晶须的新方法，海水淡化后的浓海水可以直接或者浓缩后制备碱式硫酸镁晶须前驱体。进一步，所述无机碱液为氢氧化钙、氨水或氢氧化钠的一种或几种组合。当采用氢氧化钙为主要原料时，镁盐原料液采用化学法或膜法进行脱硫预处理，脱硫后浓海水的无机镁盐为氯化镁或硝酸镁中的一种或两种盐的混合液。进一步，步骤(2)中所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵或硫酸镁中任一种或几种组合。分散剂为甲醇、乙醇、正丁醇、丙酮、十二烷基苯磺酸钠、油酸、硬脂酸、月桂酸中的一种或几种。专利技术详述：一种低成本合成碱式硫酸镁晶须的新方法：①以海水淡化后的浓海水和无机碱液为原料，首先在10-90℃，在100-800转/分搅拌条件下，反应0.5-2小时，保证反应过程中pH在9-12内稳定不变，得到白色乳状浆液。其中浓海水中的无机镁盐与无机碱的化学计量比为1:1-1:1.5。②将步骤①中的白色乳状浆液过滤、洗涤，然后将固体加入分散剂(甲醇、乙醇、正丁醇、丙酮、十二烷基苯磺酸钠、油酸、硬脂酸、月桂酸中的一种或几种)和0.5-5摩尔/升的硫酸盐溶液，最终得到固含量为1％-20％的悬浮液，搅拌均匀。③将步骤②中制备得到的悬浮液置于高压反应釜，于100-250℃下水热2-20小时；④将水热反应后的悬浮液过滤、洗涤和干燥后，即制得其组成为5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O，平均长度为40-400μm，平均直径0.5-3μm的碱式硫酸镁晶须。海水淡化后的浓海水典型元素组成：Mg为400--3000mg/kg，Cl为20000-150000mg/kg，Na为15000-150000mg/kg。步骤①中所述无机碱液为氢氧化钙、氨水或氢氧化钠的一种或几种组合。当采用氢氧化钙为主要原料时，镁盐原料液采用化学法或膜法进行脱硫预处理，脱硫后浓海水的无机镁盐为氯化镁或硝酸镁中的一种或两种盐的混合液。步骤②中所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵或硫酸镁中任一种。本专利技术所述碱式硫酸镁晶须可广泛用于增强剂和阻燃剂等行业。本专利技术具有的优点及突出性效果:①使溶液pH值保持相对稳定并维持较低的过饱和度，形成纯度和分散性较好的前驱体，而较高的纯度有利于后续碱式硫酸镁晶须的水热合成。②采用浓海水作为原料，将浓海水变废为宝，此前从未有过相关报道，为浓海水的镁资源高值化利用提供了一条新途径。③采用氢氧化钙作为沉淀剂，极大地降低了碱式硫酸镁的生产成本，此前从未有过类似工艺出现，解决了设备腐蚀的问题，工艺简单，成本低廉，易于操作，易于工业化推广。利用本专利技术可制备得到形貌规则，分布均匀的，平均长度为40-400μm，平均直径0.5-3μm，其组成为5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O的碱式硫酸镁晶须。本专利技术工艺采用浓海水为原料，并采用氢氧化钙作为沉淀剂以制备碱式硫酸镁晶须，类似工艺国内外尚未见报道。附图说明图1为本专利技术工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本合成碱式硫酸镁晶须的新方法，其特征在于：以海水淡化后的浓海水和无机碱液为原料，首先在10‑90℃温度条件下，在一定搅拌和进料速率下，保证反应过程中pH在9‑13内相对稳定，制备得到纯度和分散性较好的氢氧化镁悬浮液，将其过滤洗涤后，将固相分散到硫酸盐溶液，在100‑250℃下水热反应2‑24小时，再经过滤、洗涤、干燥，可直接制备得到大小均匀、形貌均匀、分散性较好的水合碱式硫酸镁晶须，其组成为5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O，平均长度为40‑400μm，平均直径0.5‑3μm的水合碱式硫酸镁晶须。

【技术特征摘要】
1.一种低成本合成碱式硫酸镁晶须的新方法，其特征在于：以海水淡化后的浓海水和无机碱液为原料，首先在10-90℃温度条件下，在一定搅拌和进料速率下，保证反应过程中pH在9-13内相对稳定，制备得到纯度和分散性较好的氢氧化镁悬浮液，将其过滤洗涤后，将固相分散到硫酸盐溶液，在100-250℃下水热反应2-24小时，再经过滤、洗涤、干燥，可直接制备得到大小均匀、形貌均匀、分散性较好的水合碱式硫酸镁晶须，其组成为5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O，平均长度为40-400μm，平均直径0.5-3μm的水合碱式硫酸镁晶须。2.根据权利要求1所述一种低成本合成碱式硫酸镁晶须的新方法，其特征在于：其制备方法如下：(1)以海水淡化后的浓海水和无机碱液为原料，首先在10-90℃，在100-800转/分搅拌条件下，反应0.5-2小时，保证反应过程中pH在9-13内稳定不变，得到白色乳状浆液；其中浓海水中无机镁盐与无机碱的化学计量比为1:1-1:1.5；(2)将步骤(1)中的白色乳状浆液过滤、洗涤，然后将固体加入分散剂和0.5-5摩尔/升的硫酸盐溶液，得到固含量为1％-20％的悬浮液，搅拌均匀；(3)将步骤(2)中制备得到的悬浮液置于高压反应釜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉柱，王一塋，宋兴福，于建国，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31