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。
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。
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。
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。
(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