Hebei Messi Biology Co., Ltd. weist darauf hin, dass die Leistungsfähigkeit von Magnesiumoxid-Produkten in verschiedenen Anwendungsbereichen eng mit der Morphologie und Größe der Rohstoffpulverpartikel verknüpft ist. Unter den verschiedenen Morphologien zeichnen sich kugelförmige Partikel durch ihre regelmäßige Form und Gleichmäßigkeit aus; ihre große spezifische Oberfläche und hervorragende Kugelgestalt können die Adsorptions-, Wärmeleit- und katalytischen Eigenschaften der Endprodukte erheblich verbessern. Folglich ist die Herstellung von kugelförmigem Magnesiumoxid zu einem Gegenstand von großem Forschungsinteresse geworden.
Diese Studie untersucht verschiedene Rohstoffe und Herstellungsverfahren für kugelförmiges Magnesiumoxid. Kugelförmiges Magnesiumoxid wurde unter Verwendung von Magnesiumnitrat, Magnesiumchlorid und Magnesit mittels Fällungsverfahren, Ammoniakverfahren bzw. Hochfrequenz-Plasmaverfahren (RF-Plasma) hergestellt. Die Produkte wurden mittels XRD, FTIR, REM, thermogravimetrischer Analyse (TGA) und Laser-Partikelgrößenanalyse charakterisiert. Zudem wurde die Simulationssoftware „Materials Studio“ eingesetzt, um Veränderungen der mechanischen, elektronischen und optischen Eigenschaften von Magnesiumcarbonat, Magnesiumhydroxid und Magnesiumoxid zu untersuchen.
Die wesentlichen Forschungsinhalte und Schlussfolgerungen lauten wie folgt:
(1) Kugelförmiges Magnesiumoxid wurde erfolgreich mittels Co-Fällungsverfahren hergestellt, wobei Magnesiumnitrat als Rohstoff und Kaliumcarbonat als Fällungsmittel dienten. Es wurden die Auswirkungen verschiedener Faktoren – wie Art und Dosierung des Steuerungsmittels, Konzentration des Magnesiumsalzes, Rührzeit und Alterungstemperatur – auf das kugelförmige Magnesiumoxidpulver untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Verwendung von Natriumdodecylsulfat (SDS) als Steuerungsmittel zu gleichmäßig dispergierten und agglomeratfreien Partikeln führte. Kugelförmiges Magnesiumoxidpulver mit gleichmäßiger Partikelgröße und regelmäßiger Morphologie wurde unter folgenden Bedingungen erhalten: SDS-Dosierung von 0,15 g, Konzentration der Magnesiumnitratlösung von 0,8 mol/L, Rührzeit von 60 Sekunden und Reaktionstemperatur von 60 °C.
(2) Magnesiumoxid mit hoher Kugelgestalt wurde unter Verwendung von Magnesiumchlorid als Rohstoff mittels Ammoniakverfahren und Sprühtrocknungsverfahren hergestellt. Untersuchungen ergaben, dass SDS (Natriumdodecylsulfat) bessere Dispergierergebnisse lieferte als Natriumlaurat. Optimale Bedingungen – gekennzeichnet durch vollständiges Partikelwachstum und vollständige Keimbildung, hohe Sphärizität, dichte Struktur und das Fehlen von Agglomeration – wurden mit 2,5 % SDS, einer Magnesiumsalzkonzentration von 1,0 mol/l, einem molaren Verhältnis der Reaktanten von 4:1 und einer Reaktionszeit von 24 Stunden erzielt. Die Dosierung von wässrigem Ammoniak hatte keinen signifikanten Einfluss auf die Produktmorphologie.
(2) Sphärische Magnesiumoxid-Vorläufer wurden mittels Fällungsverfahren unter Verwendung von kostengünstigem, ungiftigem Magnesit als Rohstoff hergestellt; anschließend erfolgte die Produktion von kugelförmigem Magnesiumoxidpulver mittels Hochfrequenz-Plasma-Technologie (RF-Plasma). Optimale Partikelgrößen der Vorläufer von etwa 2 μm wurden unter Verwendung von 0,1 g SDS als Steuerungsmittel, einer Reaktionstemperatur von 80 °C, einer Ammoniak-Zugaberate von 1 ml/min, einer Rührgeschwindigkeit von 1500 U/min und einer Alterungszeit von 50 Minuten erreicht. Die nachfolgende Sphäroidisierung von unregelmäßig geformtem Magnesiumoxid im RF-Plasma ergab kugelförmige Partikel mit einer Sphäroidisierungsrate von bis zu 95 %, die sich durch hervorragende Sphärizität, gute Dispergierbarkeit und hohe Partikeldichte auszeichneten.
(4) Das Modul CASTEP in Materials Studio 2019 wurde verwendet, um die elektronischen Strukturen sowie die mechanischen und optischen Eigenschaften von MgCO3, Mg(OH)2 und MgO zu analysieren. Die optimalen Strukturen wurden mittels Berechnungen unter Verwendung des GGA-PBE-Austausch-Korrelations-Funktionals, einer Cutoff-Energie von 500 eV und eines 5×5×5-k-Punkt-Gitters bestimmt. Die Bandlücken für MgCO3, Mg(OH)2 und MgO wurden mit 5,057 eV, 5,125 eV bzw. 4,464 eV ermittelt; dies deutet darauf hin, dass MgO chemisch reaktiver ist als MgCO3 und Mg(OH)2. Alle drei Substanzen weisen relativ stabile Kristallformen auf; MgCO3 und Mg(OH)2 zeigen ionischen Charakter – wobei Mg(OH)2 die niedrigste Populationszahl aufweist (was auf den stärksten ionischen Charakter hindeutet) –, während MgO einen stärkeren kovalenten Charakter zeigt. MgCO3 und MgO sind stabile Materialien, wohingegen Mg(OH)2 instabil ist. Mg(OH)₂ und MgO sind spröde Materialien, während MgCO₃ eine höhere Zähigkeit aufweist als die beiden anderen. Die Dielektrizitätskonstanten (ε1) von MgCO₃, Mg(OH)₂ und MgO betragen 2,17, 40 beziehungsweise 3,12 C²·N⁻¹·m⁻²; dies deutet darauf hin, dass Mg(OH)₂ die beste Lichtabschirmwirkung besitzt.