Die Hebei Messi Biology Co., Ltd. weist darauf hin, dass Magnesiumoxid – ein ungiftiges, kostengünstiges und umweltfreundliches Material – aufgrund seiner Anwendung bei der Behandlung von Abwässern, die organische Farbstoffe und Schwermetallionen enthalten, große Aufmerksamkeit erregt hat. Umfangreiche Forschungsarbeiten der letzten Jahrzehnte haben gezeigt, dass die Morphologie von Magnesiumoxid dessen Leistungsfähigkeit entscheidend beeinflusst. Folglich wurden in zahlreichen Experimenten verschiedene Verfahren – wie hydrothermale Synthese, chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und das Sol-Gel-Verfahren – eingesetzt, um Magnesiumoxid in unterschiedlichsten Formen herzustellen, darunter Kugeln, Nanoröhren, Nanoschichten, Würfel, Whisker, gestapelte Scheiben, Parallelogramme, Säulen und korallenartige Strukturen.
Trotz dieser Bemühungen weisen die bestehenden Verfahren noch Einschränkungen auf; so erfordern sie beispielsweise häufig Emulgierbedingungen zur Tröpfchenbildung oder den Zusatz von Tensiden bzw. organischen Additiven. Ein Beispiel hierfür ist ein Herstellungsverfahren für poröses Magnesiumoxid, das bis zu 2.409 mg/g Kongorot adsorbieren kann; dieser Prozess umfasst das Einleiten von CO₂ in eine wässrige Magnesiumoxid-Suspension zur Bildung von Mg(HCO₃)₂ sowie die anschließende Zugabe von Ethanol, um einen Mg₅(CO₃)₄(OH)₂·4H₂O-Vorläufer zu synthetisieren. Eine weitere Studie nutzte die hydrothermale Synthese zur Herstellung von geschichtetem, nanostrukturiertem Magnesiumoxid mit einer Adsorptionskapazität für Kongorot von 2.650 mg/g; dieses Verfahren erforderte jedoch während der Synthese organische Zusätze wie Natriumoleat, Ethanol und Hexan.
Das Verfahren der direkten Fällung – gekennzeichnet durch eine hochgeordnete Reaktion und die Selbstorganisation der Reaktanten im System – hat sich aufgrund seiner Einfachheit, Effizienz, Skalierbarkeit und des Verzichts auf organische Additive zu einem einzigartigen und unverzichtbaren Ansatz in der Materialsynthese entwickelt. Obwohl es bereits umfangreiche Forschung zur Herstellung von Magnesiumoxid mit unterschiedlichen Morphologien mittels Co-Fällung gibt, liegen die resultierenden Adsorptionskapazitäten typischerweise nur im Bereich von 690 bis 1.000 mg/g und werden damit dem Bedarf an einer Adsorption von Farbstoffen aus Abwässern mit hoher Kapazität nicht gerecht. In früheren Arbeiten wurden Vorläuferverbindungen für Magnesiumoxid (wie MgCO₃·xH₂O) systematisch untersucht; dabei wurde insbesondere die morphologische Entwicklung von Mg₂C₂O₃·2H₂O – sowie der Reaktionsprodukte von Mg²⁺ mit den gemischten Fällungsmitteln CO₃ und C₂O₄ – unter variierenden Reaktionsbedingungen analysiert. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass stäbchenförmiges Magnesiumoxid (aus MgCO₃·xH₂O) zwar eine bessere Adsorptionsleistung für Kongorot aufwies als das durch Kalzinieren von Mg₂C₂O₃·2H₂O gewonnene trapezförmige Magnesiumoxid, die Adsorptionskapazität jedoch hinter den in der Literatur berichteten Werten zurückblieb. Wir führen diese begrenzte Adsorptionskapazität auf die schwache Oberflächenalkalinität des stäbchenförmigen Magnesiumoxids zurück; folglich stellt die Modifikation der Oberflächeneigenschaften eine vielversprechende Strategie zur Steigerung der Adsorptionsleistung dar.
Untersuchungen zur morphologischen Entwicklung von kugelförmigem Mg₅(CO₃)₄(OH)₂·4H₂O und trapezförmigem MgC₂O₄·2H₂O ergaben, dass die Zugabe geringer Mengen Natriumtripolyphosphat während der Fällung der Vorläuferverbindungen die Morphologie des Produkts glätten oder in schichtartige Partikel überführen konnte, wodurch die Oberflächeneigenschaften des resultierenden Magnesiumoxids verändert wurden. Dies veranlasste uns zu der Hypothese, dass die Zugabe von Spurenmengen anorganischer Salze (wie Natriumsilicat, Natriumphosphat, Natriumtripolyphosphat oder Natriumpolyphosphat) bei der Synthese stäbchenförmiger Magnesiumoxid-Vorläufer – unter Verwendung von Mg(NO₃)₂ und Na₂CO₃ – die Leistungsfähigkeit des Materials auf ähnliche Weise verbessern könnte.
Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass bei Einbeziehung von Natriumsilicat in die Fällungsreaktion das resultierende stäbchenförmige Magnesiumoxid eine extrem hohe Adsorptionskapazität für Kongorot in wässriger Lösung (3236 mg/g) aufwies; dies stellt den bislang höchsten für Magnesiumoxid-Adsorbentien gemessenen Wert für die Adsorption von Kongorot dar. Dieses einfache und kostengünstige Verfahren bietet vielversprechende Perspektiven für die Herstellung hochleistungsfähiger Magnesiumoxid-Adsorbentien zur Abwasserbehandlung.