Hebei Messi Biology Co., Ltd. weist darauf hin, dass Nano-Magnesiumhydroxid – ein weit verbreitetes Nanomaterial – zunehmend in Bereichen wie Flammschutz, Entschwefelung und Wasseraufbereitung eingesetzt wird. Im Vergleich zu Industrieländern besteht jedoch noch eine Lücke hinsichtlich der Produktqualität in der heimischen Nano-Magnesiumhydroxid-Industrie. In dieser Studie werden das Verfahren der gleichzeitigen tropfenweisen Zugabe und das Verfahren der Umkehrfällung kombiniert, um hochwertiges Nano-Magnesiumhydroxid herzustellen und das resultierende Produkt zu charakterisieren. Untersucht werden der Mechanismus der thermischen Zersetzung und die Materialeigenschaften sowie das Adsorptionsvermögen gegenüber dem Schwermetall Chrom in Abwasser. Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:
1) Unter Verwendung von Magnesiumchlorid und wässrigem Ammoniak als Ausgangsstoffe wurde mittels gleichzeitiger tropfenweiser Zugabe und Umkehrfällung Nano-Magnesiumhydroxid mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 60 nm hergestellt. Die optimierten Prozessbedingungen waren: Reaktionstemperatur 60 °C, Reaktionszeit 75 min, Alterungstemperatur 20 °C, Alterungszeit 3 h, Molverhältnis von Ammoniak zu Magnesium 1,7, anfängliche Mg²⁺-Konzentration 1,7 mol/L, Zugabezeit für MgCl₂ 15 min, Dosierung des Kornmodifikators PG-006 0,8 % (bezogen auf die Masse des Magnesiumhydroxids) bei einer Zugabezeit von 5 min sowie eine Rührgeschwindigkeit von 1500 U/min. Die Kombination aus gleichzeitiger tropfenweiser Zugabe und Umkehrfällung zur Herstellung von Nano-Magnesiumhydroxid wird in der Literatur selten beschrieben. Die Studie ergab, dass durch die Kombination dieser Verfahren die jeweiligen Vorteile genutzt werden, was zu kleinen, gleichmäßigen und gut dispergierten Nano-Magnesiumhydroxid-Partikeln führt.
2) Die Charakterisierungsergebnisse zeigten, dass das Produkt eine durchschnittliche Partikelgröße von 60 nm bei gleichmäßiger Verteilung aufwies. Es besaß eine hexagonale Kristallstruktur, eine hohe Reinheit und eine gute thermische Stabilität. FT-IR-Spektren deuteten auf das Auftreten von Adsorptionsbindungen an der Oberfläche des Magnesiumhydroxids hin, was eine Grundlage für das Verständnis des Wirkungsmechanismus des Kornmodifikators liefert.
3) Eine Untersuchung der thermischen Zersetzungseigenschaften der Nano-Magnesiumhydroxid-Proben ergab, dass sich die Methoden nach Kissinger und Starink am besten für die Analyse der Kinetik der thermischen Zersetzung eigneten. Die nach diesen beiden Methoden berechneten scheinbaren Aktivierungsenergien betrugen 132,59 kJ/mol bzw. 133,02 kJ/mol. Die Untersuchung der thermischen Zersetzungseigenschaften von Magnesiumhydroxid ermöglicht ein tieferes Verständnis der während des Prozesses ablaufenden physikalisch-chemischen Veränderungen und liefert wertvolle Erkenntnisse für dessen Anwendung als Flammschutzmittel.
4) Der Mechanismus der thermischen Zersetzung von Nano-Magnesiumhydroxid wurde mithilfe der Methoden nach Coats-Redfern und Achar untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass der Prozess dem unimolekularen Gesetz nach Mample (Kinetik erster Ordnung) folgt – gekennzeichnet durch zufällige Keimbildung gefolgt von Wachstum –, was einem Mechanismus mit n=1 entspricht: f(α)=1-α und G(α)=-ln(1-α). Es wurde eine kinetische Gleichung für die thermische Zersetzung aufgestellt, die theoretische Anhaltspunkte für die Untersuchung des Zersetzungsmechanismus sowie eine theoretische Grundlage für das Verständnis des Zersetzungsverhaltens bietet.
5) Bisherige Forschungsarbeiten zur kombinierten Verwendung von FeSO4 und Nano-Magnesiumhydroxid bei der Behandlung von Abwasser, das sechswertiges Chrom enthält, sind begrenzt und wenig tiefgehend. In der vorliegenden Studie wurde zunächst FeSO4 eingesetzt, um sechswertiges Chrom zu dreiwertigem Chrom zu reduzieren; anschließend erfolgte die Adsorption des dreiwertigen Chroms mittels Nano-Magnesiumhydroxid. Als optimale Adsorptionsbedingungen wurden ermittelt: eine Magnesiumhydroxid-Dosierung von 500 mg/L, eine Adsorptionstemperatur von 25 °C, eine Schütteldauer von 20 Minuten und ein pH-Wert der Lösung von 5. Unter diesen Bedingungen zeigte das Nano-Magnesiumhydroxid eine hohe Adsorptionskapazität für Chrom und erreichte einen Maximalwert von 157,52 mg/g.
Die Studie ergab, dass der Adsorptionsprozess dem Langmuir-Modell entspricht – was auf eine Monoschicht-Adsorption hinweist – und spontan abläuft; die kinetische Gleichung pseudo-zweiter Ordnung nach Lagergren beschreibt die Adsorptionskinetik präzise. Das Nano-Magnesiumhydroxid lässt sich nach dem ersten Adsorptionszyklus regenerieren und behält auch in nachfolgenden Zyklen eine hohe Adsorptionsleistung bei. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Adsorptionseffizienz, ein geringes Feststoffabfallaufkommen, leicht realisierbare Betriebsbedingungen sowie Kosteneinsparungen durch die Regenerierung des Adsorbens aus; folglich besitzt es eine hohe Wettbewerbsfähigkeit am Markt und dient als Referenz für die breitere Anwendung von Nano-Magnesiumhydroxid in der Abwasserbehandlung.