Hebei Messi Biology Co., Ltd. weist darauf hin, dass Magnesiumoxid als wichtiges funktionelles anorganisches Material in Bereichen wie Metallurgie, Elektronik, Katalyse, Keramik, Beschichtungen, Pharmazie, Adsorption, Feuerfestmaterialien und optischen Materialien weit verbreitet ist. Zur Herstellung von Magnesiumoxid wurden verschiedene Verfahren eingesetzt, darunter direkte Mineralpyrolyse, chemische Fällung, Gasphasenhydratisierung, Carbonisierung, das Ammoniumhydrogencarbonat-Verfahren, Sprühpyrolyse, hydrothermale Synthese und das Sol-Gel-Verfahren. Allerdings behindern derzeit verschiedene Probleme die Entwicklung und Anwendung von Magnesiumoxid-Materialien mit hoher Wertschöpfung; dazu gehören langwierige Prozessabläufe, Umweltbelastungen, unregelmäßige Produktmorphologie, eine breite Partikelgrößenverteilung sowie starke Partikelagglomeration.
In den letzten Jahren wurden Magnesiumoxid-Pulver mit unterschiedlichen Morphologien hergestellt, indem Vorläuferstoffe mit spezifischen Formen – wie etwa stäbchenförmiges Magnesiumcarbonat, plättchenförmiges Magnesiumhydroxid oder blockförmiges basisches Magnesiumcarbonat – erzeugt und anschließend einer Pyrolyse oder Kalzinierung unterzogen wurden. Unter diesen zeichnet sich kugelförmiges Magnesiumoxid durch hohe Reaktivität und hervorragende Stabilität aus und bietet breite Anwendungsperspektiven in Bereichen wie Katalyse, Bakterizide, wärmeleitende Füllstoffe, Abwasserbehandlung und Schadstoffadsorption. Kugelförmiges Magnesiumoxid wird typischerweise durch Kalzinieren von Vorläuferstoffen wie kugelförmigem basischem Magnesiumcarbonat, kugelförmigem basischem Magnesiumoxalat oder kugelförmigem Magnesiumhydroxid gewonnen. Der Herstellungsprozess umfasst den Einsatz alkalischer Fällungsmittel sowie Tenside (z. B. Natriumpolyphosphat oder Polyacrylamid) und beruht auf der Steuerung des Wachstums plättchenförmiger Strukturen, um Morphologien zu erzielen, die an ein „Vogelnest“ erinnern oder kugelförmig sind. Derzeit mangelt es an einfachen Verfahren zur Herstellung von kugelförmigem Magnesiumoxid. Die Entwicklung von Herstellungsverfahren und -anlagen für kugelförmiges Magnesiumoxid ist von großer Bedeutung für eine verbesserte Ressourcennutzung und die Förderung der Entwicklung neuartiger funktioneller Materialien.
Im Folgenden werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von kugelförmigem Magnesiumoxid beschrieben; das so gewonnene Magnesiumoxid eignet sich für den Einsatz in Bereichen wie antibakteriellen Materialien und Materialien zur Adsorption von Metallionen. Die Schritte sind wie folgt:
1. Mischen einer Magnesiumsalzlösung (Magnesiumnitrat-Hexahydrat, Magnesiumchlorid-Hexahydrat oder Magnesiumsulfat-Heptahydrat; Konzentration: 0,1–4 mol/l) mit einer Additivlösung (Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Polyethylenoxid-Triblock-Copolymer, Cetyltrimethylammoniumbromid, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenglycol, Harnstoff, Triammoniumcitrat, Ammoniumacetat, Ammoniumcarbonat, Ammoniumoxalat, Ammoniumhydrogencarbonat oder Glucose) unter Rühren zur Herstellung einer Vorläuferlösung oder eines Sols, wobei das Molverhältnis 1:0,001–2 beträgt.
2. Leiten der Vorläuferlösung oder des Sols durch eine Reaktionsapparatur unter Verwendung eines Trägergases (Luft, Stickstoff oder Helium) bei einer Temperatur von 5–80 °C und einer Rührgeschwindigkeit von 100–600 U/min; Sammeln des resultierenden festen Pulvers, um ein rohes Magnesiumoxid-Produkt zu erhalten, und Rückgewinnung etwaiger Nebenprodukte.
3. Kalzinieren des gesammelten rohen Magnesiumoxid-Produkts bei 600–850 °C für 1–4 Stunden, um das kugelförmige Magnesiumoxid-Produkt zu erhalten.
Im Vergleich zu bestehenden Technologien ergeben sich durch die vorliegende Erfindung folgende Wirkungen und Vorteile: Die Kombination des Aerosol-Verfahrens mit dem Hochtemperatur-Pyrolyseverfahren löst die Probleme der unregelmäßigen Morphologie und der schlechten Dispergierbarkeit, die mit herkömmlichen Hochtemperatur-Kalzinierungsverfahren verbunden sind. Magnesiumsalz-Vorläufermoleküle aggregieren unter Bedingungen der Mikromischung augenblicklich; bei der Pyrolyse durchlaufen sie Kristallisation, Trocknung und Zersetzung innerhalb von Mikroblasen, wodurch monodisperse, kugelförmige Magnesiumoxid-Partikel entstehen. Dieses Verfahren macht nachfolgende Wasch- oder Pulverisierungsschritte überflüssig, minimiert den Substanzverlust und führt zu hoher Produktreinheit, steuerbarer Partikelmorphologie und gleichmäßiger Partikelgröße. Die Reaktionsapparatur ist einfach zu bedienen und ermöglicht eine kontinuierliche Produktion. Das hergestellte kugelförmige Magnesiumoxid kann in Bereichen wie Katalysatoren und wärmeleitenden Füllstoffen sowie in der Wasseraufbereitung eingesetzt werden; es kann Schwermetallionen adsorbieren und Mikroorganismen im Abwasser abtöten, ohne eine sekundäre Umweltbelastung zu verursachen.