碱式硫酸镁纳米线及其制备方法技术

本发明专利技术涉及无机纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种碱式硫酸镁纳米线及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：向第一反应物的溶液中加入邻苯二甲酸氢钾，搅拌至澄清，向其中加入第二反应物的溶液和醇类，形成料浆；向料浆中加入晶种的醇类悬浮液，晶种由碱式硫酸镁纳米线研磨得到；使具有晶种的料浆发生水热反应，反应后过滤、洗涤、烘干，得到碱式硫酸镁纳米线；其中，第一反应物选自氢氧化钠、氧化镁或氢氧化镁，第二反应物选自硫酸镁或者是可溶性镁源与硫酸盐的混合物。采用该制备方法可制得直径较小的碱式硫酸镁纳米线，且操作工艺简单、适用于工业化生产。

Alkaline Magnesium Sulfate nanowires and their preparation methods

The invention relates to the technical field of the preparation of inorganic nanomaterials, in particular to a basic Magnesium Sulfate nanowire and a preparation method. The preparation method comprises the following steps: to add potassium hydrogen phthalate two formic acid solution the first reactant, stirring to clarify, which added to the second reactant solution and alcohols to form a slurry; adding alcohol suspension was seeded into slurry, seeds obtained by basic Magnesium Sulfate nano wire grinding; with slurry seed the hydrothermal reaction, reaction after filtration, washing and drying, get the basic Magnesium Sulfate nanowires; the first reactant selected from sodium hydroxide, magnesium hydroxide or Magnesium Oxide, or Magnesium Sulfate is selected from the second reactant mixture of magnesium sulfate and soluble source. The alkaline Magnesium Sulfate nanowires with smaller diameter can be prepared by this method, and the operation process is simple and suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
碱式硫酸镁纳米线及其制备方法
本专利技术涉及无机纳米材料制备
，尤其涉及一种碱式硫酸镁纳米线及其制备方法。
技术介绍
碱式硫酸镁组成结构通式为xMgSO4·yMg(OH)2·zH2O，或简写为xyz型MOS。常见的类型有152型、153型、157型、158型、213型、122型、150型等。目前，关于152型和153型碱式硫酸镁晶须的研究较多，主要应用于高分子材料，起到增强增韧以及阻燃的作用。碱式硫酸镁纳米线与碱式硫酸镁晶须都为一维材料，其主要区别在于碱式硫酸镁晶须的直径一般在200nm以上，而纳米线是一种直径在100nm以下、长度没有限制的一维材料。通常情况下，碱式硫酸镁纳米线会具有比大块材料更好的机械性能，体现在强度变强，韧度变好。并且，随着尺寸的减小，纳米线在力学、电学、磁学、热学、光学和化学活性等领域均显示出优异的特性。可以预见，碱式硫酸镁纳米线在其应用方面将会有广阔的前景。碱式硫酸镁晶须的制备通常采用活性氧化镁或氢氧化镁与硫酸镁溶液或硫酸溶液制成料浆进行水热反应；或者采用硫酸镁溶液与氢氧化钠溶液制成料浆后进行水热反应而制得碱式硫酸镁晶须。虽然原料不同，实际都是氢氧化镁与硫酸镁水热反应。其中氢氧化镁溶解度较低，通过控制反应体系在较低的过饱和度下制得碱式硫酸镁晶须一维材料。碱式硫酸镁纳米线比碱式硫酸镁晶须的直径更小，需要控制比晶须更低的过饱和度才能得到。一般纳米材料的制备通过体系中加入络合剂，使得溶质或生长基元缓慢释放，从而控制晶体成核及生长速度，得到纳米尺寸晶粒。因此络合剂的选择，对于碱式硫酸镁纳米线的制备至关重要，除了需要考虑合适络合稳定常数(KL太大反应不能进行；太小不能有效控制晶体尺寸)，还需考虑络合剂在碱式硫酸镁各个晶面的吸附作用，通过抑制晶体侧面生长而生长出较高长径比的纳米线。络合剂的选择是制备碱式硫酸镁纳米线的困难之一。虽然现有技术中已经提出一些制备碱式硫酸镁纳米线的方法，但是这些方法要么工艺较复杂，要么所制得的纳米线直径尺寸较大，均存在一些弊端，故实有必要进行更深入的研究。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术人进行了潜心研究，在付出了大量创造性劳动和经过深入实验探索后，从而完成了本专利技术。第一个方面，本专利技术提供一种碱式硫酸镁纳米线的制备方法，包括以下步骤：形成料浆：向第一反应物的溶液中加入邻苯二甲酸氢钾，搅拌至澄清，向其中加入第二反应物的溶液和醇类，形成所述料浆；加晶种：向所述料浆中加入晶种的醇类悬浮液，所述晶种由碱式硫酸镁纳米线研磨得到；反应：使具有所述晶种的所述料浆发生水热反应，反应后过滤、洗涤、烘干，得到所述碱式硫酸镁纳米线；其中，所述第一反应物选自氢氧化钠、氧化镁或氢氧化镁，所述第二反应物选自硫酸镁或者是可溶性镁源与硫酸盐的混合物。进一步地，所述醇类选自乙醇或多元醇。可选地，所述多元醇为乙二醇、丙三醇、异丙醇、丁二醇或戊二醇。优选地，所述第一反应物为氢氧化钠，所述第二反应物为硫酸镁，所述醇类为无水乙醇。进一步地，在所述形成料浆的步骤中，所述氢氧化钠的溶液浓度为1.12mol/L～3.16mol/L；加入所述硫酸镁的溶液后，所述料浆中的硫酸根浓度为0.175mol/L～0.35mol/L。进一步地，在所述形成料浆的步骤中，所述无水乙醇占所述料浆的体积比为18％～35％。进一步地，在所述形成料浆的步骤中，所述氢氧化钠与所述硫酸镁的摩尔比为2.00～3.14。进一步地，在所述形成料浆的步骤中，所述邻苯二甲酸氢钾与所述硫酸镁的摩尔比为1.14～2.57。进一步地，在所述加晶种的步骤中，所述晶种的粒度在20nm～150nm之间；以质量百分比计，所述晶种的添加量为所述碱式硫酸镁纳米线理论产量的0.14％～0.56％；所述晶种的醇类悬浮液的浓度为1g/L。进一步地，在所述反应的步骤中，水热反应的温度为150℃～170℃，反应时间为14h～22h。进一步地，在所述碱式硫酸镁纳米线的制备方法中，制得的所述碱式硫酸镁纳米线的直径为20nm～120nm。第二个方面，本专利技术提供一种碱式硫酸镁纳米线，所述碱式硫酸镁纳米线通过上述制备方法制得。进一步地，所述醇类选自乙醇或多元醇。可选地，所述多元醇为乙二醇、丙三醇、异丙醇、丁二醇或戊二醇。优选地，所述第一反应物为氢氧化钠，所述第二反应物为硫酸镁，所述醇类为无水乙醇。进一步地，在所述形成料浆的步骤中，所述氢氧化钠的溶液浓度为1.12mol/L～3.16mol/L；加入所述硫酸镁的溶液后，所述料浆中的硫酸根浓度为0.175mol/L～0.35mol/L。进一步地，在所述形成料浆的步骤中，所述无水乙醇占所述料浆的体积比为18％～35％。进一步地，在所述形成料浆的步骤中，所述氢氧化钠与所述硫酸镁的摩尔比为2.00～3.14。进一步地，在所述形成料浆的步骤中，所述邻苯二甲酸氢钾与所述硫酸镁的摩尔比为1.14～2.57。进一步地，在所述加晶种的步骤中，所述晶种的粒度在20nm～150nm之间；以质量百分比计，所述晶种的添加量为所述碱式硫酸镁纳米线理论产量的0.14％～0.56％；所述晶种的醇类悬浮液的浓度为1g/L。进一步地，在所述反应的步骤中，水热反应的温度为150℃～170℃，反应时间为14h～22h。进一步地，在所述碱式硫酸镁纳米线的制备方法中，制得的所述碱式硫酸镁纳米线的直径为20nm～120nm。本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用邻苯酸氢钾为络合剂，乙醇及多元醇为分散剂，硫酸镁与氢氧化镁为实际原料，水热反应制备碱式硫酸镁纳米线。体系中通过加入过量的邻苯酸氢钾形成邻苯酸镁及邻苯酸钾钠，两者控制体系中较低浓度的镁离子，体系中氢氧化镁控制较低浓度的氢氧根，从而共同控制碱式硫酸镁较低的过饱和度，然后水热反应生长出碱式硫酸镁纳米线。该方法所生成的碱式硫酸镁纳米线直径较小(20nm～100nm)、操作工艺简单、适用于工业化生产。附图说明图1是本专利技术的实施例1产物的XRD图片；图2是本专利技术的实施例1产物的SEM图片；图3是本专利技术的实施例2产物的XRD图片；图4是本专利技术的实施例2产物的SEM图片；图5是本专利技术的实施例3产物的XRD图片；图6是本专利技术的实施例3产物在不同放大倍数下的SEM图片；图7是本专利技术的实施例4产物的XRD图片；图8是本专利技术的实施例4产物的SEM图片；图9是本专利技术的实施例5产物的XRD图片；图10是本专利技术的实施例5产物的SEM图片。具体实施方式在本专利技术的以下实施例中，所使用的原料可通过商业购买获得，且全部原料为分析纯试剂。设备：实施例中所用设备为均相反应器(型号：JXF-8-200，厂家：烟台松岭化工设备有限公司)，反应釜内衬容积：100mL，水热恒温过程中釜体旋转方式搅拌，釜体旋转速度为28r/min。实施例1本实施例提供一种碱式硫酸镁纳米线，其制备方法包括以下步骤：形成料浆：配制浓度为2.21mol/L的氢氧化钠溶液19mL，加入4.90g邻苯二甲酸氢钾，搅拌反应至溶液澄清，向其中加入1mol/L硫酸镁溶液21mL和无水乙醇19mL，形成料浆；加晶种：向料浆中加入1g/L的晶种的乙醇悬浮液1.0mL，该晶种由碱式硫酸镁纳米线研磨得到，晶种的粒度在20nm～150nm之间；反应：将具有晶种的料浆移至反应釜中，反应釜放置在均相反应器中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碱式硫酸镁纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：形成料浆：向第一反应物的溶液中加入邻苯二甲酸氢钾，搅拌至澄清，向其中加入第二反应物的溶液和醇类，形成所述料浆；加晶种：向所述料浆中加入晶种的醇类悬浮液，所述晶种由碱式硫酸镁纳米线研磨得到；反应：使具有所述晶种的所述料浆发生水热反应，反应后过滤、洗涤、烘干，得到所述碱式硫酸镁纳米线；其中，所述第一反应物选自氢氧化钠、氧化镁或氢氧化镁，所述第二反应物选自硫酸镁或者是可溶性镁源与硫酸盐的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种碱式硫酸镁纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：形成料浆：向第一反应物的溶液中加入邻苯二甲酸氢钾，搅拌至澄清，向其中加入第二反应物的溶液和醇类，形成所述料浆；加晶种：向所述料浆中加入晶种的醇类悬浮液，所述晶种由碱式硫酸镁纳米线研磨得到；反应：使具有所述晶种的所述料浆发生水热反应，反应后过滤、洗涤、烘干，得到所述碱式硫酸镁纳米线；其中，所述第一反应物选自氢氧化钠、氧化镁或氢氧化镁，所述第二反应物选自硫酸镁或者是可溶性镁源与硫酸盐的混合物。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第一反应物为氢氧化钠，所述第二反应物为硫酸镁，所述醇类为无水乙醇。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在所述形成料浆的步骤中，所述氢氧化钠的溶液浓度为1.12mol/L～3.16mol/L；加入所述硫酸镁的溶液后，所述料浆中的硫酸根浓度为0.175mol/L～0.35mol/L。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在所述形成料浆的步骤中，所述无水乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：乃学瑛，肖剑飞，刘鑫，董亚萍，李武，
申请(专利权)人：中国科学院青海盐湖研究所，
类型：发明
国别省市：青海,63