学文网摘 要：纳米氧化镁的制备方法也是多种多样，以六水硝酸镁为前驱体，采用柠檬酸溶胶-凝胶法合成纳米MgO粉末，对其进行表征并与沉淀法所制备MgO粉末进行对比可见：溶胶-凝胶法有制成成品纯度高、均匀性好、制成温度低、反应易于控制等优点，而且可以根据需要制成块材纤维薄膜粉体等各种不同的形态。
关键词：纳米氧化镁 六水硝酸镁 柠檬酸
纳米氧化镁材料是一种新型高功能精细无机材料。主要用于氯丁橡胶、丁基橡胶、丁睛橡胶以及氟橡胶的促进剂和活化剂，是胶粘剂、塑料、油漆、纸张的填料，亦可用于制造陶瓷、搪瓷、耐火材料及氧化镁水泥等，在医药上用作抗酸剂和轻泻剂。活性纳米氧化镁材料吸附性强，表面化学活性高，可作为高效解离吸附剂，吸附有毒化学物质，如含氯烃、有机磷化物和酸性气体等，用于环境保护。纳米氧化镁膜具有很好的耐高温效果，可以涂在高温炉的内壁，也可以应用在航天领域；它还有较好的耐磨性，还有一定的防潮、防腐的作用。[1]
1实验目的和实验准备
1.1实验目的
⑴纳米氧化镁的原料准备工作及样品的制备。
⑵对纳米氧化镁样品进行扫描电镜的相态测试，X-射线衍射分析
⑶处理XRD数据并分析扫描电镜***片，总结相关结论。
1.2 实验准备
1.2.1 实验药品
1.2.3实验参数的确定
本实验采用硝酸盐和羧酸盐体系，以六水硝酸镁为前驱体。研究了柠檬酸的作用机理、不同的工艺条件（水、无水乙醇、柠檬酸的加入量）对溶胶一凝胶稳定性的影响以及焙烧温度对粉末晶体粒径、结晶度的影响。
根据水：六水硝酸镁：柠檬酸：乙醇=100：9：9：2.1（摩尔比）[2]
以25ml水为标准依据相关数据计算得：
2 纳米氧化镁实验过程
2.1实验过程
2.1.2实验具体过程
⑴将水25ml，六水硝酸镁32g，柠檬酸26.25g，乙醇1.725ml，混合使其均匀。将溶液在50℃
温度下搅拌30分钟。
⑵将温度设定到80℃搅拌数小时2小时。
⑶静止至少5小时溶液由溶胶变为凝胶粘度变大，略带黄色。
⑷将静止已久的凝胶放入焙烧炉在500℃下焙烧3小时。凝胶变为疏松白色蜂窝状，一碰即碎为白色粉末。[3]
⑸电镜扫描分析其相态，XRD分析粒径大小及相关科学参数。
2.2实验出现的问题
在前期实验中，焙烧得到的氧化镁带有部分杂质，通过延长焙烧时间也无法解决此问题，实验发现由于实验条件有限焙烧炉温度受限且温控装置不稳。在整个试验中胶体形成环境受限只能人为的去控制。
2.3实验中发生的反应
由于Mg2+和柠檬酸的络合能力比较强，所以首先会生成柠檬酸镁。柠檬酸镁的前驱体比较复杂，有聚合物存在。同时会发生Mg2+水解如下反应：Mg2++2OH-Mg（OH）2
3纳米氧化镁制备方法与实验数据
3.1纳米氧化镁的制备
以六水硝酸镁为前驱体，采用柠檬酸溶胶一凝胶法合成了不同粒径（10～100nm）和结晶度的纳米MgO粉末。研究了柠檬酸的作用机理、不同的工艺条件（水、无水乙醇、柠檬酸的加入量）对溶胶一凝胶稳定性的影响以及焙烧温度对粉末晶体粒径、结晶度的影响。结果表明：未引入柠檬酸时，凝胶的稳定性较差.氧化镁产物粒径较大且团聚较严重。引入柠檬酸后，并当水：六水硝酸镁：柠檬酸：乙醇=100：9：9：2.1（摩尔比）时可形成稳定的凝胶体系。形成的凝胶在加热时，发生氧化还原反应其中NO-3提供氧化气氛，COO-3作为燃料，处于凝胶结构中的NO-3和COO-3在一定温度下发生“原位”氧化――还原反应，从而发生自蔓延燃烧。直到所有的干凝胶燃烧完，形成疏松粉末。
3.2纳米氧化镁及其前驱体的表征
所做粉末样品的XRD***谱，与MgO标准***谱比较后看出，出峰位置同标准谱的峰位置（2θ=43.00°，62.40°，78.70°，37.00°，74.80°）完全吻合，说明实验所制备的样品为MgO晶体，且没有其它杂质晶体生成。通过谢乐公式计算出粉末的平均粒径为41nm。
4 实验结果及分析
4.1实验结果
溶胶凝胶法制得到的纳米粉体粒度分布窄、分散性好、纯度高，并且反应易控制、副反应少、工艺操作简单、焙烧温度低，能够大大降低原料成本。
溶胶凝胶法能获得的粒子大小趋于一致。而溶胶凝胶法在材料制备初期就能控制材料的微观结构。溶胶凝胶法在纳米氧化物方面有着广阔的应用前景。
4.2结果分析
4.2.1发泡现象
前驱混合物在80℃下搅拌反应是会有大量气泡产生，随着静置时间的延长形成泡沫状的无水凝胶。在500℃温度下焙烧是发泡现象更是明显。
在大量试验的基础上，我们发现发泡的温度与前驱混合物溶胶的粘度有关。一般来说在硝酸盐和柠檬酸的浓度都比较小的条件下就可以发生发泡现象。同通过多组实验了解到发泡与柠檬酸的浓度有直接的关系，与硝酸盐浓度关系不大而胶体的年度主要由柠檬酸决定的，柠檬酸浓度越大，粘度越大，则发泡的温度就越高。[6]
发泡是溶胶的一个基本特征，现象是溶胶体积的膨胀，得到有孔的泡沫状无水干胶，胶体在受热过程中都会发泡。
4.2.2如何防止团聚
⑴柠檬酸作为典型的络合剂，与金属离子形成络合物再经过溶胶凝胶过程，可是金属离子均匀地分布在凝胶中。
⑵柠檬酸是分子量较低的羟基羧酸盐，部分羧基基团能替代氧化物表面丰富的羟基，与金属离子结合形成单分子吸附层，使颗粒表面带上负电荷而互相排斥，起到分散作用。[7]
⑶发泡过程能够通过阻止化学键形成，防止网络坍塌及降低自蔓延温度，有效控制粉体团聚。
5 结论
⑴溶胶凝胶法能够获得晶粒大小一致，分散度好，结晶度高的纳米级氧化镁粉体，同时为今后纳米氧化镁膜材料的发展奠定了基础。
⑵柠檬酸的介入使得反应体系更加稳定，起到了很好的分散作用。
⑶沉淀法制备纳米氧化镁，原料价格低廉，工艺简单，对设备要求不高；且能耗小，适合工业生产，所制得的纳米氧化镁分散均匀。
参考文献：
[1] Sol-gel and Organic-Inorganic Nano-composites，Materials Research Society Symposium Proceedings，TQ050.4，W-2000-0145
[2] Organic chemicals （Citric acid）， SRI，225.16，C-636
[3] Sol-gel and Organic-Inorganic Nano-composites，Materials Research Society Symposi
Um Proceedings，TQ050.4，W-2000-0145
[4] 梁皓.周迎春.张启俭.纳米氧化镁的制备.辽宁工学院材料学院.辽宁锦州121001.TQ123.2
[5] 程凤.高雪艳.杨姣.宗俊.草酸镁分解法制备纳米氧化镁.TQ132.2.华东师范大学化学系
[6] 张志刚.袁媛.刘昌胜.溶胶-凝胶法制备纳米氧化镁.华东理工大学生物材料研究所***生物医用材料工程研究中心.TB383
[7] 方海红.胡炳元.王麟生.卢荣丽.杨翠.自蔓延溶胶凝胶法制备纳米氧化镁.华东师范大学学报（自然科学版）.2007年第02期
作者简介：
贺健鸣（1960-），男，山西原平人，本科，高级工程师，主要从事机械设计制造及轻化工自动化方面的研究
陈德财（1986-），男，青海西宁人，本科，工艺技术员，主要从化学工程与工艺方面的研究
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