Hebei Messi Biology Co., Ltd. weist darauf hin, dass Magnesiumoxid als funktionelles anorganisches Material in zahlreichen Bereichen vielfältige Anwendung findet; insbesondere kugelförmiges Magnesiumoxid ist vielversprechend für Einsatzgebiete wie Wärmeleitung, antibakterielle Materialien, Adsorption, Katalyse und Flüssigchromatographie. Kugelförmiges Magnesiumoxid lässt sich nicht direkt synthetisieren; stattdessen wird üblicherweise zunächst ein kugelförmiger Vorläufer – etwa Magnesiumhydroxid oder basisches Magnesiumcarbonat – hergestellt und anschließend kalziniert, um das Endprodukt, das kugelförmige Magnesiumoxid, zu erhalten. Derzeit basiert die Herstellung von Magnesiumoxid aus Magnesiumhydroxid-Vorläufern vorwiegend auf Magnesiumsulfat als Rohstoff. Da China jedoch über reichliche Vorkommen an Magnesiumchlorid verfügt – einer kostengünstigen Magnesiumquelle –, ist die Entwicklung neuer Verfahren zur Herstellung von kugelförmigem Magnesiumoxid aus Magnesiumchlorid sowohl hinsichtlich des wirtschaftlichen Werts als auch des Anwendungspotenzials von großer Bedeutung.
Aufbauend auf früheren Forschungsarbeiten untersucht diese Studie das Verfahren zur Herstellung von kugelförmigem Magnesiumoxid unter Verwendung von Magnesiumhydroxid als Vorläufer. Unter Einsatz von Magnesiumchlorid, Natriumhydroxid und wässrigem Ammoniak als Rohstoffe sowie unter Verwendung geeigneter Modifikatoren für den Kristallhabitus werden die optimalen Versuchsbedingungen für die Ammoniak-Diffusionsmethode zur Synthese von kugelförmigem Magnesiumhydroxid ermittelt. Dieser Vorläufer wird anschließend einer Hochtemperaturkalzinierung unterzogen, um kugelförmiges Magnesiumoxid zu erzeugen.
Die spezifischen Forschungsinhalte stellen sich wie folgt dar:
(1) Kugelförmige Magnesiumhydroxid-Vorläufer wurden mittels der Ammoniak-Diffusionsmethode unter Verwendung von Magnesiumchlorid, Natriumhydroxid und wässrigem Ammoniak sowie unter Zugabe von Modifikatoren für den Kristallhabitus synthetisiert. Zur Bestimmung der optimalen Bedingungen für dieses Verfahren wurden Schlüsselparameter – darunter Art und Dosierung des Modifikators, Konzentrationen und Molverhältnisse der Reaktanten sowie die Reaktionszeit – systematisch variiert. Die unter diesen unterschiedlichen Bedingungen erhaltenen Magnesiumhydroxid-Produkte wurden anschließend mittels XRD und REM charakterisiert und analysiert. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die optimalen Synthesebedingungen – Verwendung von Polyvinylpyrrolidon als Steuerungsmittel (in einer Dosierung von 1,0 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht des Magnesiumchlorids), ein Konzentrationsverhältnis der MgCl₂-Lösung zur NaOH-Lösung von 1:0,25 (Molverhältnis 4:1) sowie eine Reaktionszeit von 24 Stunden bei Umgebungsdruck und -temperatur – zu kugelförmigem Magnesiumhydroxid mit hoher Sphärizität, gleichmäßiger Partikelgrößenverteilung, dichter und kompakter Struktur sowie guter Dispergierbarkeit führen; die Ausbeute an kugelförmigem Magnesiumhydroxid erreichte 77,8 %. (2) Kugelförmiges Magnesiumoxid wurde durch Kalzinieren des kugelförmigen Magnesiumhydroxids (hergestellt unter den zuvor genannten optimalen Bedingungen der Ammoniakdiffusion) mit einer Aufheizrate von 10 °C/min von Raumtemperatur auf 600 °C sowie anschließendes zweistündiges Halten bei 600 °C gewonnen. Die Charakterisierung mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM), Röntgendiffraktometrie (XRD) sowie Analysen der spezifischen Oberfläche und der Partikelgröße ergab, dass das kugelförmige Magnesiumoxid eine relativ gleichmäßige Partikelgrößenverteilung, eine hohe Sphärizität und eine gute Dispergierbarkeit bei einer mittleren Partikelgröße von 4,53 μm aufwies.