劉佳樂，劉紅宇，鄭興農，廖家蔚，王敏陽

（沈陽工業(yè)大學 石油化工學院，遼寧 遼陽 111003）

氧化鎂產品在許多領域的應用性能與原料粉末顆粒的形態(tài)和大小密切相關，在不同形貌的氧化鎂顆粒中，球形顆粒形貌規(guī)則，具有均一性、較大的比表面積及良好的球形度，可大大提高制品的吸附、導熱及催化性能。例如，作為固相萃取吸附劑，球形氧化鎂對多環(huán)芳烴的分離具有獨特的選擇性和優(yōu)良的保留性能；作為水處理劑，球形氧化鎂是去除飲用水中 Pb(II)和 Cd(II)的理想吸附劑[1-,2]；在Claisen-Schmidt 縮合反應中，球形氧化鎂作為催化劑，可重復使用多達3 個連續(xù)循環(huán)，而不顯著降低其催化性能[3]；在含酚廢水處理過程中使用球形氧化鎂，可以提高臭氧氧化能力，提高苯酚降解率，降低廢水處理成本[4-5]；在導熱材料中，球形氧化鎂具有更高的填充密度，與PVC 的復合可獲得更高的導熱系數[6]。因此球形氧化鎂的制備成為熱點之一。目前文獻報道的球形氧化鎂的制備方法主要有水熱法、氣溶膠輔助法、沉淀法、碳化法、氨法、噴霧干燥法和等離子體法。

1 球形氧化鎂制備方法

1.1 水熱法

水熱法是以水為介質，在高溫、高壓、封閉的條件下進行反應，制備出一種新型的氧化鎂先驅物，然后在高溫下進行焙燒，獲得球形氧化鎂粉末。NANDANWAR[7]等利用圖1 方法制備了平均尺寸5～7 μm 的氧化鎂多孔微球，并研究氧化鎂多孔微球可作為一種有效的吸附劑用于煙氣中揮發(fā)性碘的去除。QU[8]等利用水熱法，制得了三維層次結構的花朵狀MgO 微球，微球具有良好的化學和物理性能，使其在CSC 反應中表現出良好的多相催化作用，用于合成查爾酮。LI[9]等也利用水熱法制備出對氟化物具有良好的吸附性能的空心MgO 微球。

圖1 水熱法工藝流程方框圖

1.2 氣溶膠輔助法

氣溶膠輔助法（圖2）是將原料溶液在以N2為載氣和加熱方式的輔助下，反應形成溶膠，隨后進行熱解并且聚集生成球形前驅體顆粒，煅燒生成球形產品。柴政澤[10]等利用Mgcl2·6H2O 和CN2H4O 為原料，通過此法制得平均孔徑為34 nm 的球形產物，此產物對有機染料剛果紅的吸附5 min 內達到吸附平衡，吸附速率較快。YE[11]等利用氣溶膠輔助法制得如圖3 的球形氧化鎂產品。

圖2 氣溶膠輔助法工藝流程方框圖

圖3 球形氧化鎂的SEM 圖

1.3 沉淀法

沉淀法是將沉淀劑加入金屬鹽溶液中，使其在溶液中發(fā)生化學反應，緩慢釋放結晶粒子，形成均勻沉淀的制備方法，其簡易流程圖如圖4 所示。Zhang[12-13]等和鄭亞君[14]將含有三聚磷酸鈉的K2CO3溶液和Mg(NO3)2溶液在70 ℃條件下劇烈攪拌混合后，滴入Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O 晶種溶液，隨后100 ℃下陳化數小時，然后將所得產物在高溫條件下焙燒數小時，制備出平均粒徑為10.0 μm 的均勻球形氧化鎂，如圖5 所示。李慧芳[6]利用MgCl2·6H2O和Na2CO3為原料，采用此方法制備了比表面積為131.31 m2·g-1的球形氧化鎂粉末。GAURAV[15]、AMMULU[16]、HASSAN[17]等以硝酸鎂為鎂源，分別用獐牙菜植物、紫檀木心材、米根霉作為添加劑或催化劑，利用沉淀法合成平均粒徑小于20 nm 球狀氧化鎂，并具有普遍的抗細菌潛力和有效性。張世剛[18]等通過該方法，制得在1,2-丙二醇轉化反應中表現出良好的催化活性的鳥巢狀氧化鎂球形產品。

圖4 沉淀法工藝流程方框圖

圖5 球形氧化鎂的SEM 圖[14]

王輝[19]用乳液法和沉淀法相配合，采用Mg(NO3)2和尿素為原料，制備了平均粒徑在30 μm左右的球形氧化鎂團聚粉末。KARTHIK[20]等利用微波以醋酸鎂和氨水為原料，制得平均晶粒為20 nm的球形氧化鎂。PATCHANEE[21]等用金屬Mg 的乙醇溶液，通過熱解制備出平均粒徑為30 μm 的氧化鎂微球。SARA[22]等、SHARMA[23]、PURWAJANTI[24]、AHMED[25]、JIN[26]等皆利用沉淀法制備了氧化鎂微球，但球形度不佳。

在沉淀過程中，通過控制沉降速度，過飽和度可以被限制在一個合適的范圍內，從而控制顆粒生長速度，如果得到的沉淀顆粒的尺寸在膠體粒子的范圍內，那么此法就被稱為溶膠凝膠法。CHEN[27]等以Mg(NO3)2·6H2O、NH4HCO3和NH4OH 為原料，通過此法制備了10 nm 多孔氧化鎂微球（如圖6）。李萍[28]也利用溶膠凝膠法，制得粒徑16.3～44.3 nm的球形氧化鎂。

圖6 煅燒后的氧化鎂粉體的SEM 形貌[27]

1.4 碳化法

碳化法（圖7）是將二氧化碳導入消化液中，經過碳化作用，將雜質析出，通過抽濾、洗滌、干燥得到堿式碳酸鎂，再進一步煅燒得到球形氧化鎂產品。夏勇亮[29]等利用碳化法，制得質量分數為99.51%的高純球形氧化鎂，其粒徑分散均勻，平均尺寸為9 μm。ZHAO[30]等以煅燒菱鎂礦為原料，在機械力反應器中直接碳化法制備了葉狀納米片結構的MgO 微球，且平均粒徑為10～40 μm。

圖7 碳化法工藝流程方框圖

1.5 氨法

氨法（圖8）是通過將鎂鹽和氨水在靜態(tài)揮發(fā)實驗中制得前驅體，再經NaOH 洗滌以得到高純前驅體，再經煅燒得到球形氧化鎂產品。張維亞[4]和陳建銘[5]等利用氨法以硫酸鎂和氨水為原料，制得具有較高活性、單體分散性較好、顆粒均勻且粒徑為7～8 μm 左右的球形氧化鎂，如圖9 所示。

圖8 氨法工藝流程方框圖

圖9 氨法制得的球形氧化鎂的SEM 圖[5]

朱華陽[31]等利用氨法研究了聚乙烯吡咯烷酮較十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基硫酸鈉對氫氧化鎂的形貌控制效果好，且煅燒后形貌不變，得到平均粒徑為4.53 μm 的球形氧化鎂。ZHU[32]等也利用此法制得花狀多孔氧化鎂微球，所得的MgO 粉末在剛果紅水溶液中良好的吸附性能。

1.6 噴霧干燥法

噴霧干燥是一種通過高壓氣體將溶液分散成霧狀液滴并通過熱空氣干燥來制備粉末的方法。LIU[33]等以硝酸鎂、醋酸鎂或硝酸鎂和醋酸鎂兩者配制的溶液為鎂源，采用圖10 左圖設備制備中空球形鎂鹽，然后通過煅燒制備中空氧化鎂，制備的中空球形氧化鎂的粉體直徑大小為1～2 μm、比表面積大于60 m2·g-1，如圖10 右所示。KUANG[34]等利用噴霧干燥法制得球形納米MgO，其可用于吸附廢水中的重金屬。

圖10 噴霧干燥法裝置圖及產物的SEM 圖 [33]

1.7 等離子體法

等離子體法是通過載氣將粉體送入高溫等離子體中，使其迅速吸收熱量，并受到表面張力的影響，球的表面（或整個）融化并凝固為球狀的液體，在進入冷卻室后，突然降溫使其凝固，得到球狀的粉體[35]。王武平[36]等利用此制備方法及設備（圖11左圖所示）制得氧化鎂粉末，得到平均粒徑5～40 μm球形氧化鎂產品，如圖11 右圖所示。該方法通過等離子體束的高溫瞬時熔化，解決了熱值不足、難以瞬時熔化的問題，降低了成本，粒徑范圍可控，可快速批量生產球形氧化鎂粉。制備的球形氧化鎂不僅能吸附污水中的重金屬離子，還能殺死水中的微生物，不會對環(huán)境造成二次污染。

圖11 等離子體法裝置圖及產物的SEM 圖[36]

對于球形氧化鎂產品，研究人員主要關注產品的球形率、粒度、純度、分散性和孔隙率，制備方法和產品性能等方面逐步向產業(yè)化方向發(fā)展。球形氧化鎂制備方法和產品性質比較如表1 所示。

2 結束語

本文所述的制備方法皆有其各自的特點。水熱法和氣溶膠輔助法雖然制備得球形氧化鎂粉體粒徑較小，但在高溫高壓下進行，對設備要求較高，同時存在安全隱患。沉淀法操作簡單，技術難度低，但樣品分散度低，顆粒易團聚。碳化法制得的球形氧化鎂純度較高，但其球形度不佳。氨法制得的產物純度也較高，但除雜較為繁瑣。等離子體法和噴霧干燥法適用于球形度要求高，生產微米級到納米級球形氧化鎂粉末，制備設備簡單、工藝流短、制備效率高且容易實現工業(yè)化生產等優(yōu)點，但能源需求較高。