Hebei Messi Biology Co., Ltd. weist darauf hin, dass Magnesiumhydroxid eine wichtige anorganische, magnesiumhaltige Verbindung ist, die vorwiegend als Flammschutzmittel für Gummi- und Kunststoffprodukte sowie als Ausgangsstoff für die Herstellung von hochwertigem, feuerfestem Magnesiumoxid dient. Darüber hinaus findet es Verwendung als Entschwefelungsmittel für Rauchgase, als Mittel zur Behandlung saurer Abwässer und als Katalysatorträger; hochreine Produkte werden zudem in großem Umfang in der Elektronik-, Energie-, Pharma-, Lebensmittel- und Kosmetikindustrie eingesetzt.
Die wichtigsten Verfahren zur Gewinnung von Magnesiumhydroxid sind die Verarbeitung von natürlichem Brucit und die chemische Synthese. Brucit ist ein relativ seltenes und wertvolles Mineral, von dem es weltweit nur wenige große Vorkommen gibt; folglich hat sich die künstliche Synthese zunehmend als das gängigste Herstellungsverfahren etabliert. Als Rohstoffe für die Synthese von Magnesiumhydroxid dienen hauptsächlich Bittern (Nebenprodukte der Salzgewinnung aus Meerwasser), unterirdische Solen oder Solen aus Salzseen; international werden Magnesiumhydroxid und hochreines Magnesiumoxid fast ausschließlich aus Meerwasser und Solen gewonnen. Bei unsachgemäßer Handhabung stellen diese magnesiumreichen Solen ein erhebliches Umweltrisiko dar. So fallen beispielsweise bei der Produktion von Kalidünger in Salzseen der Provinz Qinghai jährlich zig Millionen Tonnen Bischofit (MgCl₂·6H₂O) an; eine unsachgemäße Entsorgung oder Nichtnutzung dieses Materials kann zu einer schwerwiegenden „Magnesium-Belastung“ führen. Um die heimischen Meerwasser- und Salzsee-Ressourcen optimal zu nutzen und Magnesiumabfälle in wertvolle Produkte zu verwandeln, konzentriert sich die Forschung im Inland verstärkt auf die Entwicklung neuer Verfahren und Technologien zur Herstellung von Magnesiumhydroxid aus magnesiumhaltigen Salzen auf Solebasis.
Die Herstellung von Magnesiumhydroxid durch Fällung von Magnesiumsalzen mit alkalischen Substanzen stellt einen effektiven Ansatz für die umfassende Nutzung magnesiumreicher Sole-Ressourcen dar. Aufgrund der starken Polarität von Magnesiumhydroxid weisen die nach herkömmlichen Methoden synthetisierten Produkte jedoch häufig eine hohe Oberflächenenergie auf, was dazu führt, dass die Kristallkörner durch Wasserstoffbrückenbindungen zur ständigen Verfestigung (Zementierung) und Flockung neigen. Probleme wie die Haftung zwischen den Partikeln, eine Neigung zur Agglomeration sowie Schwierigkeiten bei der Wäsche und Filtration haben die Anwendungsmöglichkeiten von Magnesiumhydroxid-Materialien erheblich eingeschränkt. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, haben Forscher die Kristallisation von Magnesiumhydroxid aus verschiedenen Blickwinkeln untersucht, darunter die Optimierung von Fällungsverfahren, den Einsatz von Additiven zur Modifikation, die Anwendung hydrothermaler Behandlungen, die Untersuchung von Kristallhabitus-Formen, die Synthese spezifischer Morphologien (wie hexagonale Plättchen, Fasern oder Kugeln) sowie die Herstellung von Nano-Magnesiumhydroxid.
Dabei stellt die Synthese von Magnesiumhydroxid mit spezifischen Morphologien ein besonders aktives Forschungsfeld dar; allerdings konzentrierten sich die meisten Studien auf Herstellungsverfahren und -bedingungen, während die Erforschung der zugrundeliegenden Kristallisationsmechanismen bislang begrenzt blieb.
In der vorliegenden Studie wurde ein Magnesiumhydroxid-Vorläufer durch Fällung hergestellt und anschließend mittels eines hydrothermalen Verfahrens modifiziert, um Magnesiumhydroxid-Kristalle mit einer ausgeprägten hexagonalen Plättchenmorphologie zu erhalten. Die Produkte wurden mittels XRD, FTIR und TGA charakterisiert. Zudem wurden DFT-Berechnungen herangezogen, um die Stabilität verschiedener Kristallfacetten zu vergleichen; dies klärte den mikroskopischen Mechanismus hinter dem Kristallwachstumshabitus auf und vertiefte das Verständnis des „Auflösungs-Rekristallisations-Mechanismus“ bei der Magnesiumhydroxid-Kristallisation.
(1) Die hydrothermale Hochtemperatur-Modifikation des Magnesiumhydroxid-Vorläufers ermöglichte das Wachstum hexagonaler, plättchenförmiger Kristalle. Experimentelle Ergebnisse – darunter XRD-, FTIR-, TG/DTA- und mikrostrukturelle Analysen – zeigten, dass die modifizierten Kristalle im Vergleich zum Vorläufer eine verringerte Polarität und einen geringeren Verunreinigungsgehalt sowie eine deutlich reduzierte Agglomeration aufwiesen; einzelne Kristalle erreichten Abmessungen im Millimeterbereich, was das Potenzial des Verfahrens zur Herstellung von Magnesiumhydroxid-Einkristallen für spezielle Anwendungen unterstreicht.
(2) Im hydrothermalen System „Magnesiumhydroxid–Natriumhydroxid–Wasser“ wird der Kristallhabitus von Magnesiumhydroxid durch die Oberflächenenergien der relevanten Kristallfacetten bestimmt. DFT-Berechnungen erklären die mikroskopischen Mechanismen, die dem plättchenartigen Wachstumshabitus und der treibenden Kraft der Kristallisation während des Rekristallisationsprozesses zugrunde liegen.