專利名稱：一種制備硼酸鎂晶須的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種制備硼酸鎂晶須的方法，屬于無機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用電
化學(xué)方法制備硼酸鎂晶須的新工藝方法的技術(shù)方案。
背景技術(shù)：
晶須材料是一種特殊的高技術(shù)新型材料，其中硼酸鎂晶須(Mg2B205)具有優(yōu)良的耐 高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度、高彈性模量、高硬度等特性，作為塑料、金屬、陶瓷以及各種輕金屬等 材料的改性增強(qiáng)添加劑時顯示出極佳的物理、化學(xué)性能和優(yōu)異的機(jī)械性能，展示出極其深 遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。進(jìn)一步來講硼酸鎂晶須是一種新型的無機(jī)添加材料，最早制備硼酸鎂晶須 的方法為將硼酸鹽與鎂鹽共混以氯化鉀為助溶劑之后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后經(jīng)過酸洗得到(日本 專利昭60-204697)，但由于此方法成本較高而難以推廣。2004年報道了一種合成硼酸鎂 晶須的方法，該方法采用氯化鎂和硼酸為原料，以氯化鈉或氯化鉀為助溶劑在有堿或無堿 的條件下高溫加熱制備得到硼酸鎂晶須(中國專利CN03134286. 8和CN200310122014. 2)， 但這些方法均存在著合成工藝復(fù)雜、高溫(高于85(TC )高壓、能量消耗高、設(shè)備復(fù)雜、工藝 條件要求苛刻、操作繁瑣、反應(yīng)時間長且反應(yīng)過程難以控制等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種制備硼酸鎂晶須的方法目的在于為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的難 以解決的問題，從而公開一種條件溫和、清潔、工藝操作簡單、能量消耗低、反應(yīng)時間短且反 應(yīng)過程易控制的用電化學(xué)方法制備硼酸鎂晶須的方法的技術(shù)方案。 本發(fā)明一種制備硼酸鎂晶須的方法，其特征在于是一種在有機(jī)溶劑-水體系中用 電化學(xué)方法制備硼酸鎂晶須的方法，具體的工藝步驟為
1、基體預(yù)處理 ①鈦板預(yù)處理首先進(jìn)行物理處理，除去鈦板在空氣、水或其它試劑中所氧化表面 形成的一層導(dǎo)電性很差、致密穩(wěn)定的氧化膜(Ti02)，將lOmmX 100mm的鈦板用粒度為120號 的砂紙打磨，去掉表面氧化膜，處理完畢后用蒸餾水洗凈待用，然后進(jìn)行化學(xué)處理，在濃度 為15-25%的鹽酸中煮沸，直至溶液呈酒紅色，此時鈦板表面呈均勻的麻面，接著用蒸餾水 清洗后保存在濃度為10-15%的草酸溶液中； ②鎂片預(yù)處理將純度為99. 9%的lcmX5cm的鎂片用粒度為120號的砂紙打磨 后在無水乙醇中用超聲波清洗15-25min，在空氣中自然干燥；
n、電解液的配置 稱取1. 5 5g分析純級硼酸鹽固體以及0. 5 1. 5g分析純級助溶劑溶于水和無 水醇的混合溶液中，控制水和無水醇的體積比為3 : 1 5 : l，分析純級硼酸鹽固體和分
析純級助溶劑的質(zhì)量比為3 : 1 4 : 1，得到白色透明溶液；再稱取o.2 i. 5g的毒化
劑加熱至80-9(TC使其溶解，量取0. 2 1. Oml加入到上述得到的白色透明溶液中進(jìn)行攪拌 至均勻；
3
III、電解 選擇干燥的燒杯作為無隔膜電解槽，以上述II配置的溶液作為電解液，選擇直流
兩電極體系，在無隔膜電解槽中以I所預(yù)處理的鈦板為陰極，以I所預(yù)處理的鎂片為陽極進(jìn)
行陽極氧化，控制溫度在10-60°C，電壓為3-10v，電解1-3小時，即在鎂片表面制備出硼酸 鎂晶須，然后取出帶有硼酸鎂晶須的鎂片用蒸餾水洗滌l-2min ;
IV、干燥和表征 將III制得的帶有硼酸鎂晶須的鎂片移入烘箱，在140-15(TC下烘干，然后冷卻至 室溫，在鎂片表面得到白色的硼酸鎂晶須；應(yīng)用常規(guī)的SEM手段進(jìn)行表征該晶須的形貌。
上述一種制備硼酸鎂晶須的方法，其特征在于所述步驟II中分析純級硼酸鹽固 體為硼酸鈉、硼酸鉀、硼酸銨和硼酸中的一種。 上述一種制備硼酸鎂晶須的方法，其特征在于所述步驟II中分析純級助溶劑固 體為氯化鈉、氯化鉀、溴化鈉和溴化鉀中的一種。 上述一種制備硼酸鎂晶須的方法，其特征在于所屬步驟II中的無水醇為甲醇、 乙醇、異丙醇、正丁醇、環(huán)己醇和丙三醇中的一種。 上述一種制備硼酸鎂晶須的方法，其特征在于所屬步驟II中的毒化劑為凝膠、 聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸甘油酯中的一種。
本發(fā)明一種制備硼酸鎂晶須的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明一種制備硼酸鎂晶須的方法具有常溫常壓，反應(yīng)條件溫和，工藝流程簡單，
反應(yīng)容易控制，即控制電壓可隨時控制反應(yīng)的開始、中斷和停止；清潔因反應(yīng)劑是電子，
具有無二次污染的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明制備的硼酸鎂晶須直徑約為500nm，長6-8ym，長徑比為
12-16，電流效率^ 65%。因此，本發(fā)明提出將電化學(xué)方法用于合成晶須材料，該途徑將大大
促進(jìn)晶須材料的合成研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。


圖1為實施方式1所得產(chǎn)物的宏觀形貌圖(掃描電鏡照片)
圖2為實施方式2所得產(chǎn)物的宏觀形貌圖(掃描電鏡照片)
具體實施方式

實施方式1 將10mmX 100mm的鈦板用粒度為120號的砂紙打磨，去掉表面氧化膜，用蒸餾水洗 凈，然后在濃度為15 %的鹽酸中煮沸，直至溶液呈酒紅色，接著用蒸餾水清洗后保存在濃度 為10%的草酸溶液中。將鎂片裁剪成lcmX5cm的規(guī)格，用粒度為120號的砂紙打磨光滑后 在無水乙醇中超聲波清洗15分鐘，并在空氣中自然干燥。稱取2. 0克分析純級硼酸固體及 0.3克分析純級氯化鈉固體溶于體積比為1 : 3的無水甲醇與水的混合液中配成60ml溶 液，再稱取0. 2g的PVA99系列聚乙烯醇固體加熱至8(TC使其溶解，然后在上述無水甲醇與 水的混合液中加入0. 2ml聚乙烯醇溶液。以鎂片作為陽極、鈦板作為陰極，在10v的恒壓下 反應(yīng)lh。取出帶有硼酸鎂晶須的鎂片用蒸餾水洗滌后在15(TC下干燥1小時，將硼酸鎂晶 須從鎂片上剝離，電流效率為67%。
實施方式2
將lOmmX 100mm的鈦板用粒度為120號的砂紙打磨，去掉表面氧化膜，用蒸餾水洗 凈，然后在濃度為15 %的鹽酸中煮沸，直至溶液呈酒紅色，接著用蒸餾水清洗后保存在濃度 為10%的草酸溶液中。將鎂片裁剪成lcmX5cm的規(guī)格，用粒度為120號的砂紙打磨光滑后 在無水乙醇中超聲波清洗15分鐘，并在空氣中自然干燥。稱取2. 5克分析純級硼酸鈉固體 及0.5克分析純級氯化鉀固體溶于體積比為1 : 3的無水乙醇與水的混合液中配成70ml 溶液，再稱取0. 4g的PVA99系列聚乙烯醇固體加熱至85t:使其溶解，然后在上述無水乙醇 與水的混合液中加入0. 4ml聚乙烯醇溶液。以鎂片作為陽極、鈦板作為陰極，在8v的恒壓 下反應(yīng)1. 5h。取出帶有硼酸鎂晶須的鎂片用蒸餾水洗滌后在15(TC下干燥1小時，將硼酸 鎂晶須從鎂片上剝離，電流效率為65%。
實施方式3 將10mmX 100mm的鈦板用粒度為120號的砂紙打磨，去掉表面氧化膜，用蒸餾水洗 凈，然后在濃度為20%的鹽酸中煮沸，直至溶液呈酒紅色，接著用蒸餾水清洗后保存在濃度 為10%的草酸溶液中。將鎂片裁剪成lcmX5cm的規(guī)格，用粒度為120號的砂紙打磨光滑 后在純乙醇中超聲波清洗20分鐘，并在空氣中自然干燥。稱取3. 0克分析純級硼酸鉀固體 及0. 6克分析純級溴化鈉溶于體積比為1 : 4的無水異丙醇與水的混合液中配成80ml溶 液，再稱取0. 6g的PVA99系列聚乙烯醇固體加熱至8(TC使其溶解，然后在上述無水異丙醇 與水的混合液中加入0. 6ml聚乙烯醇溶液。以鎂片作為陽極、鈦板作為陰極，在5v的恒壓 下反應(yīng)2. Oh。取出帶有硼酸鎂晶須的鎂片用蒸餾水洗滌后在15(TC下干燥1小時，將硼酸 鎂晶須從鎂片上剝離，電流效率為72%。
實施方式4 將10mmX 100mm的鈦板用粒度為120號的砂紙打磨，去掉表面氧化膜，用蒸餾水洗 凈，然后在濃度為20%的鹽酸中煮沸，直至溶液呈酒紅色，接著用蒸餾水清洗后保存在濃度 為15%的草酸溶液中。將鎂片裁剪成lcmX5cm的規(guī)格，用粒度為120號的砂紙打磨光滑 后在純乙醇中超聲波清洗20分鐘，并在空氣中自然干燥。稱取3. 5克分析純級硼酸銨固體 及0. 7克分析純級溴化鉀溶于體積比為1 : 4的無水正丁醇與水的混合液中配成90ml溶 液，再稱取0. 8g的PVA99系列聚乙烯醇固體加熱至9(TC使其溶解，然后在上述無水正丁醇 與水的混合液中加入0. 8ml硬脂酸甘油酯。以鎂片作為陽極、鈦板作為陰極，在4v的恒壓 下反應(yīng)3. Oh。取出帶有硼酸鎂晶須的鎂片用蒸餾水洗滌后在15(TC下干燥1小時，將硼酸 鎂晶須從鎂片上剝離，電流效率為72%。
實施方式5 將lOmmXlOOmm的鈦板用粒度為120號的砂紙打磨，去掉表面氧化膜，用蒸餾水洗 凈，然后在濃度為25%的鹽酸中煮沸，直至溶液呈酒紅色，接著用蒸餾水清洗后保存在濃度 為15%的草酸溶液中。將鎂片裁剪成lcmX5cm的規(guī)格，用粒度為120號的砂紙打磨光滑 后在純乙醇中超聲波清洗25分鐘，并在空氣中自然干燥。稱取4. 0克分析純級硼酸固體及 1.5克分析純級氯化鈉溶于體積比為1 : 5的無水環(huán)己醇與水的混合液中配成100ml溶液， 再稱取1.0g的PVA99系列聚乙烯醇固體加熱至9(TC使其溶解，然后在上述無水環(huán)己醇與水 的混合液中加入0. 8ml十二烷基苯磺酸鈉。以鎂片作為陽極、鈦板作為陰極，在3v的恒壓 下反應(yīng)1. 5h。取出帶有硼酸鎂晶須的鎂片用蒸餾水洗滌后在15(TC下干燥1小時，將硼酸 鎂晶須從鎂片上剝離，電流效率為75%。
實施方式6 將lOmmX 100mm的鈦板用粒度為120號的砂紙打磨，去掉表面氧化膜，用蒸餾水洗凈，然后在濃度為25%的鹽酸中煮沸，直至溶液呈酒紅色，接著用蒸餾水清洗后保存在濃度為15%的草酸溶液中。將鎂片裁剪成lcmX5cm的規(guī)格，用粒度為120號的砂紙打磨光滑后在純乙醇中超聲波清洗25分鐘，并在空氣中自然干燥。稱取4. 5克分析純級硼酸固體及1.5克分析純級氯化鉀溶于體積比為1 : 3的無水丙三醇與水的混合液中配成100ml溶液，再稱取0. 8g的PVA99系列聚乙烯醇固體加熱至90°C使其溶解，然后在上述無水丙三醇與水的混合液中加入0. 6ml凝膠。以鎂片作為陽極、鈦板作為陰極，在5v的恒壓下反應(yīng)2. Oh。取出帶有硼酸鎂晶須的鎂片用蒸餾水洗滌后在15(TC下干燥1小時，將硼酸鎂晶須從鎂片上剝離，電流效率為66%。
權(quán)利要求
一種制備硼酸鎂晶須的方法，其特征在于是一種用電化學(xué)方法制備硼酸鎂晶須的方法，具體的工藝步驟為I、基體預(yù)處理①鈦板預(yù)處理首先進(jìn)行物理處理，除去鈦板在空氣、水或其它試劑中所氧化表面形成的一層導(dǎo)電性很差、致密穩(wěn)定的氧化膜(TiO2)，將10mm×100mm的鈦板用粒度為120號的砂紙打磨，去掉表面氧化膜，處理完畢后用蒸餾水洗凈待用，然后進(jìn)行化學(xué)處理，在濃度為15-25％的鹽酸中煮沸，直至溶液呈酒紅色，此時鈦板表面呈均勻的麻面，接著用蒸餾水清洗后保存在濃度為10-15％的草酸溶液中；②鎂片預(yù)處理將純度為99.9％的1cm×5cm的鎂片用粒度為120號的砂紙打磨后在無水乙醇中用超聲波清洗15-25min，在空氣中自然干燥；II、電解液的配置稱取1.5～5g分析純級硼酸鹽固體以及0.5～1.5g分析純級助溶劑溶于水和無水醇的混合溶液中，控制水和無水醇的體積比為3∶1～5∶1，分析純級硼酸鹽固體和分析純級助溶劑的質(zhì)量比為3∶1～4∶1，得到白色透明溶液；再稱取0.2～1.5g的毒化劑加熱至80-90℃使其溶解，量取0.2～1.0ml加入到上述得到的白色透明溶液中進(jìn)行攪拌至均勻；III、電解選擇干燥的燒杯作為無隔膜電解槽，以上述II配置的溶液作為電解液，選擇直流兩電極體系，在無隔膜電解槽中以I所預(yù)處理的鈦板為陰極，以I所預(yù)處理的鎂片為陽極進(jìn)行陽極氧化，控制溫度在10-60℃，電壓為3-10v，電解1-3小時，即在鎂片表面制備出硼酸鎂晶須，然后取出帶有硼酸鎂晶須的鎂片用蒸餾水洗滌1-2min；IV、干燥和表征將III制得的帶有硼酸鎂晶須的鎂片移入烘箱，在140-150℃下烘干，然后冷卻至室溫，在鎂片表面得到白色的硼酸鎂晶須；應(yīng)用常規(guī)的SEM手段進(jìn)行表征該晶須的形貌。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種制備硼酸鎂晶須的方法，其特征在于所述步驟II中分 析純級硼酸鹽固體為硼酸鈉、硼酸鉀、硼酸銨和硼酸中的一種。
3. 按照權(quán)利要求1所述的一種制備硼酸鎂晶須的方法，其特征在于所述步驟II中分 析純級助溶劑固體為氯化鈉、氯化鉀、溴化鈉和溴化鉀中的一種。
4. 按照權(quán)利要求1所述的一種制備硼酸鎂晶須的方法，其特征在于所屬步驟II中的無水醇為甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、環(huán)己醇和丙三醇中的一種。
5. 按照權(quán)利要求1所述的一種制備硼酸鎂晶須的方法，其特征在于所屬步驟II中的 毒化劑為凝膠、聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸甘油酯中的一種。
全文摘要
一種制備硼酸鎂晶須的方法，屬于電化學(xué)合成領(lǐng)域，目的在于為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的難以解決的問題，從而公開一種條件溫和、清潔無二次污染、工藝操作簡單、能量消耗低、反應(yīng)時間短且反應(yīng)過程易控制的用電化學(xué)方法制備硼酸鎂晶須的方法的技術(shù)方案。其特征在于在有機(jī)溶劑一水體系中用電化學(xué)方法合成無機(jī)晶須。采用具有常溫常壓特點(diǎn)的電化學(xué)方法，取代以往高溫、高壓等高能耗的方法合成硼酸鎂晶須，本發(fā)明制備的硼酸鎂晶須直徑約為500nm，長6-8μm，長徑比為12-16，電流效率≥65％。因此，本發(fā)明提出將電化學(xué)方法用于合成晶須材料，為合成晶須材料領(lǐng)域提供一條嶄新的途徑，該途徑將大大促進(jìn)晶須材料的合成研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
文檔編號C30B29/10GK101709509SQ20091022798
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者李素, 梁鎮(zhèn)海, 樊彩梅, 蘆鵬曾 申請人:太原理工大學(xué)