纳米氢氧化镁 分子式Mg(OH)2。

相对分子质量58.30。

白色微细粉,无毒、无味、无腐蚀,相对密度2.36。

折射率1.561。

350℃开始分解；430℃时分解迅速；490℃时全部分解。

溶于强酸溶液及铵盐溶液,不溶于水。

氧化镁及氢氧化镁的生产方法，在专著《镁化合物生产与应用》中做了全面的论述，这里不再赘述。制备纳米氢氧化镁的主要方法有金属镁水化法、水镁石粉碎法和化学液相沉淀法等。这里先介绍前两种方法和化学液相沉淀法中的直接沉淀法、水热法、全反混均质乳化法、全反混液膜法、超重力法，撞击流法、旋转圆盘反应器，再着重介绍我们的气泡液膜法和气泡液膜反应器及有关内容。

纳米氢氧化镁金属镁水化法

金属镁水化法制氢氧化镁有两种工艺：第一种是乙二胺络合法，用高纯（99.999%）的金属镁粉为原料，产物为纳米Mg(OH)2棒，可用来生产超导体添加剂纳米MgO棒。

这种方法对原料和设备的要求特别高，制备成本高。第二种是固-液相电弧放电法，用镁带作电极，0.5mol /L的NaCl水溶液为电解液，在40-200V电弧放电处理5min，制得直径为8-10nm，长度约250nm的Mg(OH)2棒。

产品纯度高，但成本也高，产率低，难实现工业化生产。

纳米氢氧化镁水镁石粉碎法

水镁石粉碎法选择相对纯净的天然水镁石等为原料，在助磨剂存在下，经搅拌磨湿法研磨，级分，表面处理，获得达到预期目标的超细粉体。

例如，先制备40%的矿浆，采用0.8-1,6mm的氧化锆微珠为研磨介质，研磨介质：物料=5：1，助磨剂三乙醇胺为水镁石的0.5%，转速1350rpm，研磨3h， d97 =1.86μm。

目前，这种粉体已经形成批量生产，供应市场。但是，因高品质的水镁石矿藏资源有限，耗能高，粒子的尺寸一般0.7-3μm或更大，尺度和形状分布宽，达产品品质低。

纳米氢氧化镁化学液相沉淀法

化学液相沉淀法制备纳米氢氧化镁的基本反应式如下：

Mg 2OH = Mg(OH)2↓

Mg来源为MgCl2·6H2O或其它镁盐。在工业上Mg来源为海洋卤水、盐湖卤水和含镁的矿物。沉淀剂主要采用NaOH（氢氧化钠法），NH3或NH3·H2O（氨法），Ca(OH)2（氢氧化钙法）或NH2CONH2(均相法)等。近些年来，在此基础上提出了各式各样制备纳米氢氧化镁的新工艺和设备。

现将其中主要的几种介绍如下。

纳米氢氧化镁直接沉淀法

在表面活性剂存在下，将沉淀剂NaOH溶液或NH3-H2O加到含有Mg的溶液中（正向沉淀法），或者将含有Mg的溶液加到沉淀剂NaOH溶液或NH3-H2O中（反向沉淀法），Mg(OH)2从溶液中沉淀出来。在已发表的有关纳米氢氧化镁制备的论文中，大部分作者采用了直接沉淀法，设备为实验室的常规化学器皿，工业上采用传统的化工设备。直接沉淀法制得的纳米氢氧化镁易团聚，粒径分布宽。用NaOH为沉淀剂时，反应条件苛刻，不易控制；用NH3-H2O或NH3为沉淀剂时，易环境污染；用Ca(OH)2为沉淀时，产品纯度低，副产物钙盐难处理。

纳米氢氧化镁沉淀-水热法

沉淀-水热法制纳米氢氧化镁是将含有Mg的溶液正向或反向加料，与沉淀剂NaOH溶液、NH3或NH3-H2O反应，先制得Mg(OH)2沉淀，分离或不分离，再将Mg(OH)2和溶剂（水、有机或水和有机混合溶剂）加到高压釜中，在100-250℃的高温下处理，制得高纯度的氢氧化镁。这实质上是将沉淀法制得的氢氧化镁进行重结晶，即沉淀-溶解-结晶过程。

用氨水为沉淀剂的水热法中试实例，将50L浓度为2 mol/L的确MgCl2水溶液加入反应釜中，于40-90℃与等当量的NH3水反应，过滤，洗涤，打浆，加入水热反应器，于200℃循环加热3-4h,再经过滤，洗涤和干燥，制得粒径为0.35-0.6μm的氢氧化镁。水热法的特点是产品的纯度高，粒径和形态分布均匀，但粒径较大，一般在0.5~5μm，需要高温高压设备，间歇式操作。

纳米氢氧化镁高剪切均质乳化反应器

将镁盐溶液和碱液在高剪切均质乳化反应器中进行沉淀反应。这种反应器由具有微孔的定子和齿轮转子构成。转子的转速为3000-8000rpm，加入反应物料后，瞬间受到多次剪切作用，发生沉淀反应，生成粒径为50-200nm的氢氧化镁。高剪切均质乳化反应器与胶体磨相似，实际上未实现微观均匀混合，产物粒径分布宽，未见工业化生产报道。

纳米氢氧化镁全返混液膜反应器

在全返混液膜反应器中进行镁盐溶液和碱液的沉淀反应，使成核/晶化隔离进行，分别控制条件。全返混液膜反应器的结构。转子的转速为1000-8000rpm，成核时间1-20min，反应液于70-180℃晶化1-24h，降温至15-60℃，搅拌1-24h，再升温至70-180℃，循环1-6次，可制得粒度为80-105nm的氢氧化镁。显然，对于Mg与OH的快速反应，“成核/晶化隔离进行”实在不易，如果是在高温下“晶化”，这种方法实质上是在进行沉淀-水热法操作，反应物长时间返混，操作冗长，生产成本高。这里提出了用机械磨擦产生液膜。

纳米氢氧化镁超重力法

主要设备是超重力机，又称为旋转填充床，分丝网填料和碟片填料两种。利用300-2900rpm旋转的填充床产生的超重力，将反应液均匀混合，并拉伸为液丝、液膜、液滴，极大地强化传质，传热，极大地强化反应。超重力法制备纳米氢氧化镁已经取得了成功，实现了工业规模生产。但是，在液丝、液膜、液滴三种不同的反应环境中进行沉淀反应，注定所得产物的粒径和形态不均匀；填充床有可能被氢氧化镁沉淀堵塞。这种方法中，反应物在超重力作用下，一部分形成液膜。

纳米氢氧化镁撞击流法

撞击流法采用喷射式撞击流反应结晶器，镁盐溶液和碱液分别高压喷射，对撞击，达到快速微观混合，湍流效果明显，可形成很高的过饱和度，快速成核。由于喷射速度可调而实现产物的粒度可控。通过控制结晶过程达到制备高纯氢氧化镁的目的。例如Mg浓度0.25mol/L，Mg：OH=1：2，撞击流速100mL/min，反应温度40℃。搅拌转速400rpm,搅拌时间30min， 所得产物为六方晶体，粒度13.5nm，纯度99%以上。显然，这中反应器来自分子束反应器，当镁盐溶液和碱液喷射流较大时，将达不到微观混合均匀，将出现产品的粒径和形态分布不均匀，难实现工业规模生产。

纳米氢氧化镁自旋圆盘法

用自旋圆盘反应器（Spinning Disk Reactor）合成纳米氢氧化镁，再经焙烧制氧化镁。用两个泵分别将MgCl2和NaOH水溶液注入反应器，分配到高速旋转的圆盘上，由于离心力的作用，使反应液形成薄膜，发生沉淀反应，生成纳米氢氧化镁。工艺条件为Mg浓度0.20-0.92mol/L，Mg：OH=1：2，反应温度40℃，圆盘转速：400~2000rpm,反应液流速：0.28L/min ，产物为六方晶体，粒度54.6-74.8nm。实现了1L规模的小试。由于在自旋圆盘上缺少将两种反应液快速混合均匀的机构，因此粒径和形态分布的均匀性受到影响。

除了上述几种制备纳米氢氧化镁的方法外，还演绎出各式各样的方法，各有千秋，促进了化学液相法制备纳米氢氧化镁技术的进展。这些方法多注重获得粒径小，粒径和形态均匀的产物。

片状结晶，具有典型的纳米片层状结构，在340℃分解而生成氧化镁。不溶于水，溶于酸和铵盐溶液.该产品具有纯度高，粒径小，可进行原位包覆改性等优异性能，能更均匀地分散于PA、PP、ABS、PVC等橡胶、塑料产品中，广泛应用于橡塑弹性体，高档电缆料，家用电器等高端产品中。

在几乎不影响使用强度的情况下显著提高材料的阻燃、抑烟、防滴等性能，还可根据客户需要，在纳米氢氧化镁生成同时采用适当的原位改性方法，为专用阻燃氢氧化镁。

纳米氢氧化镁分子式Mg（OH）₂，白色微细粉，无毒、无味、无腐蚀，相对密度2.36，折射率1.561，350℃开始分解，430℃时分解迅速，490℃时全部分解，溶于强酸溶液及按盐溶液，不溶于水。

（1）光学性质

金属材料的晶粒尺寸减小至纳米级别时，颜色多变为黑色，而且粒径减小。纳米粒子的吸光能力与其颜色成正比。能级的量子尺寸效应及晶粒表面电荷分布也会影响到吸光的过程。晶粒中传导电子能级常常凝聚成很窄的能带而造成窄的吸收带。非线性光学效应成为纳米材料光学性能研究的另外一个方面。

（2）电磁性质

金属材料原子的间距与粒子粒径的变化成正比。所以，当金属晶粒处在纳米范围内时，其密度会随着间距的变小而增大。这样，金属中自由电子的平均自由程就会减小，电导率也随之减小。在磁结构上，粗晶材料和纳米材料具有很大的差异，一般情况下，磁性材料的磁结构是由许多磁畴组成，畴间通过畴壁分隔开来，由畴壁运动实现磁化。在纳米材料中，粒径小于某一临界值时，所有的晶粒都呈现单磁畴结构，而矫顽力显著变大。当纳米材料晶粒尺寸减小时，磁芯材料的磁有序状态会发生根本性的变化。例如，粗晶状态下为铁磁性的材料，在粒径小于某一临界值时，可以转化为超顺磁状态。

（3）化学催化性能

由于纳米材料粒径的变小，表面的原子数将占有很大的比例，吸附能力会加强，化学活性随之增大。所以，在室温条件下，很多金属纳米材料在空气中发生剧烈的氧化反应而燃烧。暴露在大气环境中的无极纳米材料会吸附气体，形成吸附层。利用这一特性，可以使用纳米材料制成气敏原件，实现对不同气体进行检测。金属纳米材料的催化性能表现为在适宜的条件下可催化断裂H-H键、C-C键、C-O键、C-H键等。纳米材料作为催化剂的主要优点有无细孔、无杂成分、自由选择组分、条件温和、使用方便等。

（4）热性质

在组成相的尺寸足够小时，在限制的原子系统中的各种弹性和热力学参数变化，会导致平衡相的改变。通过热重实验分析可知，平均粒径为40nm的纳米铜粒子的熔点由1053℃降至750℃。纳米材料的熔点小于同类的粗晶材料，而比热容大于粗晶材料。

纳米氢氧化镁确保粒子的小尺寸

液膜的厚度限制Mg(OH)2粒子长大，确保粒子的小尺寸

从上述明显看出，Mg(OH)2晶体的成核、生长和终止过程，是在受到液膜厚度限制的环境内完成的，因此厚度足够小的液膜环境限制了Mg(OH)2粒子继续长大。当Mg、OH和包覆剂的浓度确定，各反应物的加料流速不变，反应温度和pH值不变时，液膜的厚度决定了Mg(OH)2粒子是小尺寸的。

包覆剂参与Mg(OH)2粒子的终止过程，也是限制Mg(OH)2粒子继续长大的重要因素之一。制得的产品经XRD测定，按Scherrer公式，由101衍射峰计算得到 Mg(OH)2粒子的粒径为28nm。

氢氧化镁粒径尺寸、粒径和形态的分布可控，确保每批产品质量相同

因为气泡液膜反应器的特殊功能，在液膜中的Mg、OH和包覆剂处在微观混合均匀状态，因此在液膜内Mg(OH)2的局部过饱浓度的分布是均匀的。产品粒径的大小、粒径和形态的分布受Mg(OH)2的局部过饱浓度的分布影响。当Mg、OH和包覆剂的浓度确定，各反应物的加料流速不变，反应温度和pH值不变时，局部过饱浓度的分布和液膜的厚度受搅拌转速控制。气泡液膜反应器设有可精确调控和显示转速的泡罩蝶式搅拌器，以及计量泵、在线pH计和温度计，可以做到精确控制液膜的厚度和Mg(OH)2的局部过饱浓度的均匀性，达到控制Mg(OH)2的粒径尺寸、粒径和形态均匀分布，确保每批产品质量相同。

纳米氢氧化镁抑止团聚

气相界面和新生态纳米粒子的原位包覆抑止团聚

在气泡液膜法制备Mg(OH)2粒子的过程中， Mg(OH)2粒子一旦生成，即新生态粒子，就发生原位包覆，甚至包覆剂参与了Mg(OH)2粒子的终止过程，生成Mg(OH)2胶囊粒子，其表面吸附大量气体，形成气相界面。气相界面和新生态粒子的原位包覆抑止团聚。这是其它制备纳米粒子的方法不易达到的。

实验表明没有加入包覆剂时，在气泡液膜中生成的Mg(OH)2粒子也吸附气体，形成气相界面，抑止团聚，同样可制得疏松型Mg(OH)2纳米粒子。因此，可以用气泡液膜法来生产高纯度氧化镁的前驱体，不带包覆剂的纳米Mg(OH)2。

纳米氢氧化镁减少水排放

初产物为矿化泡沫，易过滤，易洗涤，减少水排放

在气泡液膜中，随着Mg(OH)2胶囊纳米粒子的生成，其表面吸附大量气体，形成气相界面，一方面抑止团聚，另一方面形成矿化泡沫。反应物流出反应器后，矿化泡沫在陈化槽中逐渐漂浮在上层，同时“泌水”，大部分水溶性杂质在下面的水层中，已被分离除去，有利于后续的洗涤。初产物是疏松的矿化泡沫，也易过滤、易洗涤，减少水排放。

疏松型产品在基体中易分散为单个纳米粒子而表现出纳米功能。

由于包覆剂与Mg(OH)2纳米粒子的表面间以化学键结合，形成包覆剂单分子膜，生成胶囊纳米粒子，增加了Mg(OH)2纳米粒子与高分子材料等载体间的相容性，促进Mg(OH)2纳米粒子在载体中的分散性。

由于气泡液膜法生产的Mg(OH)2纳米粒子的表面吸附大量气体，形成气相界面，在纳米Mg(OH)2聚集体中，片状纳米粒子采取无序堆积，产品是疏松型的。当纳米Mg(OH)2添加到高分子材料中，一起加工时，气体受热，迅速膨胀，形成比Mg(OH)2纳米粒子大得多的气泡。气泡周围的高分子熔体产生拉伸应力，将纳米粒子拉开，增加了Mg(OH)2纳米粒子的分散性。这一过程为原位气泡拉伸法制备LDPE/nano-Mg(OH)2复合材料力学性能研究所证实。

纳米氢氧化镁节能降耗

可实施工业规模生产，节能降耗；

Mg和OH被压缩在极薄的液膜内，极大地强化传质，极大地强化沉淀反应，非常有利于包覆剂对初生态Mg(OH)2纳米粒子的包覆。在常温常压下就可顺利起动反应，反应自身所放热量就可维持反应顺利进行，节省能量。

NA-LS-801L连续操作式气泡液膜反应器的中试结果，为气泡液膜法工业规模生产纳米Mg(OH)2提供了必要的数据，打下了良好的基础。在气泡液膜反应器中，反应物料连续通过反应器，只有正处在反应器中的那一部分物料才被搅拌，发生反应，很快流出反应器，而不是将大量的反应物料在反应器中长时间停留，搅拌，返混。因此节能降耗。年产600吨纳米Mg(OH)2的气泡液膜反应器主机的功率仅5KWH，比其它方法的能耗小得多。

可生产系列多品种产品，工艺简练，流畅，设备精巧，易操作，易检修。

纳米氢氧化镁创新点

（1）在国内外首先用气泡液膜法生产纳米Mg(OH)2（已获得国家发明专利证书）；

（2）设计和制造出气泡液膜法的关键设备—气泡液膜反应器；

（3）实现了新生态Mg(OH)2纳米粒子的原位包覆；

（4）Mg(OH)2胶囊纳米粒子形成矿化泡沫，产品易过滤，易洗涤；

（5）纳米粒子间形成气相界面，抑止团聚，疏松型纳米Mg(OH)2产品，有利于在载体中的分散。2100433B

纳米氢氧化镁化学液相法制备纳米粒子存在的5个难题

1.工业规模生产粒径<100nm，特别是粒径<<100nm，粒径和形态分布均匀的高品质产品；

2.产品的粒径尺寸、粒径和形态的分布可控，确保每批产品的质量相同；

3.在生产的过程中有效抑止纳米粒子团聚；

4.初产品的纯化难，即过滤、洗涤和干燥难；

5.产品在基体中难分散为单个纳米粒子而表现出纳米功能。

采用已有的方法，用传统的化学和化工设备，已不可能全面解决这些难题。针对这5个难题，我们提出了制备纳米粒子的气泡液膜法，设计并制造出了关键设备气泡液膜反应器，并研究开发出用气泡液膜法和气泡液膜反应器来制备疏松型纳米氢氧化镁。

纳米氢氧化镁气泡液膜反应器

气泡液膜反应器由泡罩碟式搅拌器、容器、计量泵、流量计、PH计和等组件构成，可连续式操作。泡罩碟式搅拌器由旋转圆盘、固定罩和旋转动力机构等部件构成。旋转圆盘上设有若干个开口的泡罩。气泡液膜反应器具有将气体强力分散为均匀细小气泡的特殊功能。已经研制出NA-LS-1L型、NA-LS-5L型和NA-LS-80L型连续操作式气泡液膜反应器。NA-LS-1L型可制备2-3Kg/h纳米氢氧化镁，NA-LS-5L型可生产10-15Kg/h纳米氢氧化镁，NA-LS-80L型可年产600吨纳米氢氧化镁。

纳米氢氧化镁气泡液膜法

利用气泡液膜反应器具有将气体强力分散为均匀细小气泡的特殊功能，卤水、碱液、包覆剂水溶液和空气，根据需要的目标产物，按各自需要的流速，并流加入反应器中，一旦加入，瞬间达到微观混合均匀。均匀细小的气泡将全部反应液分隔成足够薄的液膜，气泡为分散相，液膜为连续相，包覆剂的非极性端伸向气泡内部，极性端伸向液膜，构成纳米反应环境。Mg与OH的沉淀反应；Mg(OH)2晶体的成核、生长、终止，生成Mg(OH)2纳米粒子；新生态纳米粒子的原位包覆，生成Mg(OH)2胶囊纳米粒子；Mg(OH)2胶囊纳米粒子吸附气体，形成矿化泡沫产物等过程均在气泡液膜内完成，故称为气泡液膜法。

矿化泡沫产物经过滤，洗涤和干燥后，制得Mg(OH)2疏松型纳米粒子块体或粉体。所谓“疏松型”有两层含意；一是胶囊纳米粒子的表面吸附了大量气体，形成气相界面，抑止团聚，即纳米粒子间是“疏松”的；二是纳米粒子的宏观聚集体内存在大量气孔，即疏松的颗粒或块体。这与由若干个纳米粒子紧密堆积在一起的颗粒粉体迥然不同。

氢氧化镁是现代应用的最广泛的水合金属氧化物阻燃剂，另外一种是氢氧化铝。之所以氢氧化镁能够得到广泛应用是因为这种水合金属氧化物不产生二次污染，热稳定性能很好，并且同其他阻燃剂的协同效果好，无毒，无腐蚀，不挥发，不产生毒气，价格低廉，来源广泛。已经被人们誉为无公害阻燃剂。同时，氢氧化镁也是集阻燃、抑烟、填充三大功能为一体的阻燃剂。

氢氧化镁阻燃剂的阻燃机理在于氢氧化镁的分解温度为340℃到490℃；分解后发生脱水反应，可以吸收材料表面的热量，当材料表面的热量被大量吸收后便可降低材料燃烧的表面温度，从而达到阻燃的效果。

氢氧化镁在脱水后产生的大量水蒸气可以有效的稀释可燃气体浓度，降低可燃气体的助燃效果。

氢氧化镁分解而产生的残余物氧化镁是致密的氧化物，它可以沉积于塑料表面，抑制可燃气体的产生，起到隔热、隔绝氧气的作用，并且达到抑烟的效果。

氢氧化镁还可以促进塑料表面炭化，隔绝氧气与塑料接触。

以上时氢氧化镁作为阻燃剂的各项优势，但是在实际应用中，氢氧化镁作为阻燃剂又有其缺点，比如，氢氧化镁耐酸性能力差；在制品中要添加大量氢氧化镁才能达到很好的阻燃作用，这样便使得制品其他方面如力学性能、电学性能降低；并且氢氧化镁与塑料的相容性变差；还容易产生滴落现象；提高加工难度。

因此，人们为了解决这些问题而在实际中应用到氢氧化镁优异的阻燃效果，便出现了对氢氧化镁进行表面处理的理论和工艺（也叫做对氢氧化镁进行改性处理、或者是对氢氧化镁进行活化处理），这样就使得氢氧化镁在工业中得到了广泛的应用。