Hebei Messi Biology Co., Ltd. gibt an, dass Magnesiumoxid eine gute chemische Inertheit, Hitzebeständigkeit, Isolierung und Wärmeleitfähigkeit aufweist. Zu seinen herausragendsten Eigenschaften zählen eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, eine moderate Alkalität und eine Elektrophilie, die auf das Vorhandensein von Sauerstoffleerstellen und einzelnen Elektronen zurückzuführen ist. Unter den Magnesiumoxidpartikeln mit unterschiedlichen Morphologien zeichnen sich sphärische Partikel durch eine regelmäßige Morphologie, Homogenität, eine große spezifische Oberfläche und eine gute Sphärizität aus, wodurch die Adsorption, die Wärmeleitfähigkeit und die katalytische Leistung des Produkts signifikant verbessert werden können. Daher bietet sphärisches Magnesiumoxid vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere in folgenden Bereichen:
1. Als Festphasenextraktionsmittel zeichnet es sich durch eine einzigartige Selektivität und ein ausgezeichnetes Rückhaltevermögen bei der Trennung polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe aus;
2. Als Wasseraufbereitungsmittel ist es ein ideales Adsorptionsmittel zur Entfernung von Blei und Cadmium aus Trinkwasser;
3. Als Katalysator kann es bei der Chalkonsynthese bis zu drei Mal hintereinander ohne signifikanten Leistungsverlust wiederverwendet werden.
4. Bei der Behandlung phenolhaltiger Abwässer kann es die Ozonoxidationskapazität verbessern, die Phenolabbaurate erhöhen und die Abwasserbehandlungskosten senken.
5. In wärmeleitenden Materialien weist sphärisches Magnesiumoxid eine höhere Packungsdichte auf, und sein Verbundwerkstoff mit PVC erzielt eine höhere Wärmeleitfähigkeit.
Die Herstellung von sphärischem Magnesiumoxid ist ein aktuelles Forschungsgebiet. Zu den wichtigsten Verfahren zählen derzeit hydrothermale, aerosolgestützte, Fällungs-, Karbonisierungs-, Ammoniak-, Sprühtrocknungs- und Plasmaverfahren.
Im Folgenden werden diese verschiedenen Herstellungsverfahren näher erläutert:
1. Hydrothermales Verfahren
Das hydrothermale Verfahren nutzt Wasser als Medium und reagiert unter hohen Temperaturen, hohem Druck und geschlossenen Bedingungen, um einen neuartigen Magnesiumoxid-Vorläufer herzustellen. Dieser Vorläufer wird anschließend bei hoher Temperatur kalziniert, um sphärisches Magnesiumoxidpulver zu erhalten. Inländische Forscher haben Magnesiumchlorid und Harnstoff zur Herstellung poröser Magnesiumoxid-Mikrokügelchen mittels eines hydrothermalen Verfahrens verwendet, um flüchtiges Iod aus Rauchgasen zu entfernen. Andere Forscher synthetisierten blütenförmige Magnesiumoxid-Mikrokügelchen mittels eines hydrothermalen Verfahrens, die hervorragende chemische und physikalische Eigenschaften sowie eine ausgezeichnete heterogene katalytische Aktivität in CSC-Reaktionen aufweisen und zur Synthese von Chalkonen genutzt werden können. Darüber hinaus stellten einige Teams erfolgreich hohle Magnesiumoxid-Mikrokügelchen mit ausgezeichneten Adsorptionseigenschaften für Fluoride mittels eines hydrothermalen Verfahrens her.
2. Aerosolgestütztes Verfahren
Das aerosolgestützte Verfahren beinhaltet die Reaktion der Rohmateriallösung mit N₂ als Trägergas und Erhitzen zur Bildung eines Sols. Dieses wird anschließend pyrolysiert und aggregiert, um sphärische Vorläuferpartikel zu bilden. Durch Kalzinierung entsteht das sphärische Produkt. Inländische Forscher verwendeten MgCl₂·6H₂O und CN₂H₄O als Rohmaterialien, um mit diesem Verfahren sphärische Produkte mit einer durchschnittlichen Porengröße von 34 nm zu erhalten. Dieses Produkt weist eine relativ schnelle Adsorptionsrate für den organischen Farbstoff Kongorot auf. Darüber hinaus ist es Forschern gelungen, sphärische Magnesiumoxidprodukte mithilfe der Aerosolmethode herzustellen.
3. Fällungs- und Sol-Gel-Verfahren
Beim Fällungsverfahren wird einer Metallsalzlösung ein Fällungsmittel zugesetzt. Die dadurch ausgelöste chemische Reaktion führt zur langsamen Freisetzung kristalliner Partikel und zur Bildung eines gleichmäßigen Niederschlags. Chinesische Forscher mischten eine Natriumtripolyphosphat-haltige K₂CO₃-Lösung mit einer Mg(NO₃)₂-Lösung, gaben diese zu einer Impflösung, ließen die Mischung reifen und kalzinierten sie anschließend bei hoher Temperatur, um gleichmäßiges sphärisches Magnesiumoxid mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 10,0 µm zu erhalten. Ein anderes Team verwendete Magnesiumchlorid und andere Rohstoffe zur Herstellung von sphärischem Magnesiumoxidpulver nach einem ähnlichen Verfahren. Weiterhin nutzten einige Forscher Magnesiumnitrat als Magnesiumquelle und verschiedene Additive oder Katalysatoren zur Synthese von sphärischem Magnesiumoxid mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von unter 20 nm, das ein breites antibakterielles Potenzial aufweist. Ähnliche Methoden haben auch erfolgreich kugelförmige Magnesiumoxidprodukte in Form von Vogelneststrukturen mit guter katalytischer Aktivität hergestellt.
Während des Fällungsprozesses kann die Partikelwachstumsrate durch Anpassen der Sedimentationsgeschwindigkeit und Begrenzung der Übersättigung auf einen geeigneten Bereich gesteuert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Größe der ausgefällten Partikel im Bereich kolloidaler Partikel liegt. Dieses Herstellungsverfahren wird als Sol-Gel-Verfahren bezeichnet. Chinesische Forscher haben erfolgreich 10 nm große, poröse Magnesiumoxid-Mikrokügelchen aus Mg(NO₃)₂·6H₂O und NH₄HCO₃ als Ausgangsmaterialien mittels des Sol-Gel-Verfahrens hergestellt.
4. Carbonatisierungsverfahren
Beim Carbonatisierungsverfahren wird Kohlendioxid in eine Aufschlusslösung eingeleitet. Durch die Carbonatisierung werden Verunreinigungen ausgefällt. Das resultierende Produkt wird durch Filtration, Waschen und Trocknen gewonnen, um basisches Magnesiumcarbonat zu erhalten, das anschließend kalziniert wird, um kugelförmige Magnesiumoxidprodukte zu gewinnen. Forscher haben bereits durch Karbonisierung hochreines, sphärisches Magnesiumoxid mit einem Massenanteil von 99,51 % hergestellt, das eine gleichmäßige Partikelgrößenverteilung und eine durchschnittliche Größe von 9 µm aufweist. Andere Forscher verwendeten kalziniertes Magnesit als Rohmaterial, um MgO-Mikrokügelchen mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 10–40 µm mittels direkter Karbonisierung in einem mechanischen Reaktor herzustellen, wodurch blattartige Nanostrukturen entstanden.
5. Ammoniakverfahren
Das Ammoniakverfahren beinhaltet die Herstellung eines Vorläufers aus Magnesiumsalzen und Ammoniakwasser durch statische Verdampfungsexperimente. Dieser Vorläufer wird anschließend mit Natriumhydroxid gewaschen, um einen hochreinen Vorläufer zu erhalten, und danach kalziniert, um das sphärische Magnesiumoxidprodukt zu gewinnen. Inländische Forscher haben erfolgreich sphärisches Magnesiumoxid mit hoher Aktivität, guter Monomerdispersion, gleichmäßiger Partikelgröße und einer Partikelgröße von etwa 7–8 µm unter Verwendung von Magnesiumsulfat und Ammoniakwasser als Rohmaterialien hergestellt. Ein anderes Team untersuchte mithilfe der Ammoniakmethode den Einfluss von Polyvinylpyrrolidon auf die Morphologiekontrolle von Magnesiumhydroxid und erhielt nach der Kalzinierung sphärisches Magnesiumoxid mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 4,53 µm. Mit ähnlichen Methoden wurden auch erfolgreich blütenförmige, poröse Magnesiumoxid-Mikrokügelchen hergestellt. Das resultierende Magnesiumoxidpulver zeigte eine gute Adsorptionsleistung in wässrigen Kongorot-Lösungen.
6. Sprühtrocknungsverfahren
Beim Sprühtrocknungsverfahren wird ein Pulver hergestellt, indem eine Lösung mithilfe von Hochdruckgas in einen Tröpfchennebel dispergiert und anschließend mit Heißluft getrocknet wird. Die Forscher verwendeten Lösungen mit Magnesiumnitrat, Magnesiumacetat oder beidem als Magnesiumquelle und setzten ein Sprühtrocknungsgerät ein, um hohle, kugelförmige Magnesiumsalze herzustellen. Diese wurden anschließend kalziniert, um hohles Magnesiumoxid zu erhalten. Der Durchmesser des hergestellten hohlen, kugelförmigen Magnesiumoxidpulvers betrug 1–2 µm. Es kann zur Adsorption von Schwermetallen aus Abwasser verwendet werden.
7. Plasmaverfahren
Beim Plasmaverfahren wird das Pulver mithilfe eines Trägergases in ein Hochtemperaturplasma eingebracht. Das Pulver absorbiert rasch Wärme, und aufgrund der Oberflächenspannung schmilzt die Oberfläche (oder die gesamte Oberfläche) der Kugel und erstarrt zu einer kugelförmigen Flüssigkeit. Beim Eintritt in eine Kühlkammer wird das Pulver abrupt abgekühlt und verfestigt sich, wodurch kugelförmiges Pulver entsteht. Forscher nutzten dieses Verfahren und die dazugehörige Ausrüstung zur Herstellung von Magnesiumoxidpulver und erhielten so kugelförmige Magnesiumoxidprodukte mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 5–40 µm. Dieses Verfahren nutzt das sofortige Schmelzen bei hoher Temperatur mittels eines Plasmastrahls und löst damit die Probleme des unzureichenden Heizwerts und der Schwierigkeit des sofortigen Schmelzens, wodurch die Kosten gesenkt werden. Der Partikelgrößenbereich ist kontrollierbar, was eine schnelle Massenproduktion von kugelförmigem Magnesiumoxidpulver ermöglicht. Darüber hinaus adsorbiert das hergestellte kugelförmige Magnesiumoxid nicht nur Schwermetallionen aus Abwasser, sondern tötet auch Mikroorganismen im Wasser ab und verhindert so Sekundärverschmutzung.
Obwohl die Herstellungsverfahren und Eigenschaften von kugelförmigen Magnesiumoxidprodukten vielfältig sind, sind die aktuellen Herstellungsverfahren noch nicht ausgereift. Beispielsweise erfordern hydrothermale und aerosolgestützte Verfahren aufwendige Ausrüstung; Fällungsverfahren liefern Proben mit geringer Dispersion und leichter Partikelagglomeration; Karbonisierungsverfahren liefern Proben mit geringer Kugelform; die Ammoniakmethode erfordert eine aufwendige Entfernung von Verunreinigungen; und Plasma- sowie Sprühtrocknungsverfahren haben einen hohen Energiebedarf. Daher müssen Forscher die Kugelform, Partikelgröße, Reinheit, Dispergierbarkeit und Porosität sphärischer Magnesiumoxidprodukte weiter untersuchen, um Herstellungsverfahren und Produkteigenschaften schrittweise für die industrielle Anwendung zu verbessern.