[發(fā)明專利]高比表面積納米四氧化三錳微粉的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910200515.5
• 申請(qǐng)日: 2009-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN101734723A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪建森;幸白云;李其亭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G45/02
• 分類號(hào): C01G45/02
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高比表面積納米四氧化三錳微粉的制備方法，是優(yōu)化錳碳合金水解氧化的方法，屬功能材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

四氧化三錳用途廣泛，它是制造錳鋅鐵氧體的主要原料，錳鋅鐵氧體可用于電子電器領(lǐng)域制造電感器、磁放大器、磁芯、磁盤和磁記錄磁頭等產(chǎn)品。此外，由于具有較高的催化活性，四氧化三錳可用作分解碳、氮氧化物及選擇性還原硝基苯的催化劑，可以很好的應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域處理廢氣。四氧化三錳還可用作某些油漆或涂料的色料，含有四氧化三錳的油漆或涂料噴涂在鋼鐵上比含有二氧化鈦或氧化鐵的油漆或涂料表現(xiàn)出更好的抗腐蝕性能。近年來，研究者發(fā)現(xiàn)四氧化三錳還是制備LiMn₂O₄的優(yōu)質(zhì)原料。納米四氧化三錳微粉因具有納米顆粒的小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面效應(yīng)、界面效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)，將比普通微米級(jí)的四氧化三錳粉末表現(xiàn)出各種更加優(yōu)越的性能。

我國(guó)現(xiàn)有的四氧化三錳生產(chǎn)工藝，90％以上采用電解金屬錳懸浮液法，此法來自美國(guó)專利的相關(guān)報(bào)道。它是以電解金屬錳片為原料，先將金屬錳片粉碎制成懸浮液，再利用空氣或氧氣作氧化劑，在一定溫度和銨鹽添加劑濃度下制備四氧化三錳。雖然該法工藝成熟、簡(jiǎn)單、投資少，但其突出的缺點(diǎn)多年未得到解決：1)技術(shù)含量低，生產(chǎn)成本高，利潤(rùn)很低；2)各種雜質(zhì)含量普遍偏高，只能生產(chǎn)出普通級(jí)別的產(chǎn)品；3)比表面積較小，一般為5m²/g～10m²/g，國(guó)外客戶一般要求在10m²/g以上；4)含雜質(zhì)硒(Se)較高。

近些年來，我國(guó)有些四氧化三錳生產(chǎn)廠家開始采用硫酸錳溶液直接氧化法生產(chǎn)四氧化三錳，這種方法采用原生錳礦石為原料，經(jīng)過浸出、化學(xué)除雜后，堿性條件下用空氣將錳礦石的硫酸浸出液即硫酸錳溶液中的二價(jià)錳氧化為四氧化三錳。由于不涉及電解錳的使用，該法大大降低了生產(chǎn)成本，但是，工藝流程比較長(zhǎng)，而且是火法和濕法的混合流程，因此操作復(fù)雜，對(duì)環(huán)境也有一定的污染，而且產(chǎn)品的比表面積并沒有得到很大的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高比表面積納米四氧化三錳微粉的制備方法，是優(yōu)化錳碳合金水解氧化工藝，該工藝操作簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保，便于工業(yè)化生產(chǎn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

一種高比表面積納米四氧化三錳微粉的制備方法，其特征在于該方法具有以下的工藝過程和步驟：

a)以質(zhì)量百分比計(jì)，將91～94％的電解錳(不含硒)和6～9％的石墨用50公斤感應(yīng)爐感應(yīng)熔煉，選用石墨坩堝，溶化后澆鑄得到飽和的錳碳合金Mn₇C₃和Mn₅C₂；

b)將錳碳合金錠破碎至粒徑小于1mm、0.15mm和0.076mm的三種粉，然后將錳碳合金粉與去離子水按質(zhì)量比1∶10配制成懸浮液，在25℃恒溫條件下，攪拌反應(yīng)24小時(shí)，得到棕色懸浮液經(jīng)過濾、洗滌和干燥得到無硒高比表面積納米四氧化三錳微粉，除了0.076mm的錳碳合金粉得到納米四氧化三錳微粉，其它的如1mm和0.15mm錳碳合金粉攪拌反應(yīng)24小時(shí)，還沒反應(yīng)完全，尤其是1mm的錳碳合金要攪拌反應(yīng)40小時(shí)以上，這對(duì)提高生產(chǎn)效率不利。

c)將0.076mm錳碳合金粉與去離子水分別按質(zhì)量比1∶5、1∶10、1∶12.5和1∶20配制成四種懸浮液，在25℃恒溫條件下，攪拌反應(yīng)24小時(shí)，得到棕色懸浮液經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到高比表面積納米四氧化三錳微粉，其中按質(zhì)量比1∶5配制成懸浮液得到的效果最好，圖1是納米四氧化三錳微粉X射線衍射圖譜。錳碳合金與水發(fā)生水解反應(yīng)，放出氣體，每克Mn₇C₃和Mn₅C₂約可放出200cm³氣體，

Mn₇C₃+H₂O→7Mn(OH)₂+H₂+碳?xì)浠衔?/p>

氣體樣品的質(zhì)譜分析表明碳?xì)浠衔镏杏蠧H₄、C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈、C₄H₈和C₄H₁₀等氣體，其中97％是可燃性氣體。