[發(fā)明專利]以Mn2+鹽為原料制備Mn3O4及其復(fù)合納米材料的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110338978.5
• 申請(qǐng)日: 2011-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102502849A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬杰;李文烈;趙建濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G45/02
• 分類號(hào): C01G45/02;B82Y40/00
• 代理公司: 上海東創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31245
• 代理人: 寧芝華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種以Mn²⁺鹽為前驅(qū)物在低溫下經(jīng)水熱法制備Mn₃O₄及其復(fù)合納米材料的方法。

背景技術(shù)

Mn₃O₄及其復(fù)合材料是一類重要的多功能材料，廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域：如軟磁材料，Li-Mn-O電池的電極材料，磁存儲(chǔ)介質(zhì)，催化工業(yè)等。四氧化三錳是電子工業(yè)生產(chǎn)錳鋅鐵氧體軟磁材料的重要原料，它與鐵鋅的氧化物一起按一定的配比混合后，制模燒結(jié)成型，制成高性能的導(dǎo)磁材料——軟鐵磁氧體。隨著我國(guó)信息工業(yè)的快速發(fā)展和國(guó)家“綠色照明”工程的實(shí)施，電視機(jī)、移動(dòng)通訊、計(jì)算機(jī)及節(jié)能照明燈等發(fā)展迅速，使得我國(guó)的軟磁材料發(fā)展迅速，從而也帶動(dòng)了四氧化三錳工業(yè)的發(fā)展，使得四氧化三錳具有較大的市場(chǎng)需求。四氧化三錳也廣泛應(yīng)用于鋰錳電池中，近年來(lái)，隨著新能源和科技的快速發(fā)展，鋰錳電池作為新型產(chǎn)品備受關(guān)注，它具有體積小、比功率高、使用溫度范圍廣、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于智能儀表、水表、電表、RAM及汽車電子、感應(yīng)系統(tǒng)、GPRS定位系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、航空航天及軍用電臺(tái)等領(lǐng)域。納米四氧化三錳也廣泛應(yīng)用于催化工業(yè)，由于工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了越來(lái)越多的環(huán)境問(wèn)題，空氣中NOx、CO的含量增加，氮氧化物具有強(qiáng)烈的毒性，主要損壞呼吸管道，由此引發(fā)呼吸疾病。CO中毒又稱煤氣中毒，它是一種對(duì)血液和神經(jīng)系統(tǒng)毒性很強(qiáng)的污染物，吸入體內(nèi)易導(dǎo)致機(jī)體組織因缺氧而壞死，嚴(yán)重可危及人的生命。四氧化三錳對(duì)空氣中的氮氧化物，一氧化碳等具有強(qiáng)催化降解作用，在環(huán)境保護(hù)中起到重要作用。

由于Mn₃O₄的廣泛應(yīng)用，近年來(lái)對(duì)其合成方法的研究越來(lái)越多，包括溶膠-凝膠法、共沉淀法、水熱法、溶劑熱法、氣相凝結(jié)法、微波輻射法等，其中水熱-溶劑熱法是目前的一種重要方法。

用以上方法制備的Mn₃O₄納米材料存在以下問(wèn)題：1)原料成本高。有些反應(yīng)需要提供較多種類的溶劑和添加劑。2)部分對(duì)操作要求高。許多方法存在較復(fù)雜的中間反應(yīng)，對(duì)反映濃度比，pH值等有嚴(yán)格要求。3)反應(yīng)溫度高，燒結(jié)溫度一般都在200℃以上；4)設(shè)備成本高，較高的反應(yīng)溫度以及較復(fù)雜的設(shè)計(jì)路線使得生產(chǎn)成本高；5)環(huán)境污染大。由于反應(yīng)采用較多反應(yīng)劑為原料，在生產(chǎn)出產(chǎn)物的同時(shí)產(chǎn)生很多副產(chǎn)物，對(duì)環(huán)境造成污染。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種以Mn²⁺鹽為原料制備Mn₃O₄及其復(fù)合納米材料的方法。本發(fā)明方法不僅成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)環(huán)保，而且制備過(guò)程中粒度可控、高純度、處理簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化。

本發(fā)明的技術(shù)方案是采用水熱合成體系，將Mn²⁺鹽分散到去離子水中，加入輔料，再將上述混合物放置在密閉的耐壓耐溫的容器中，調(diào)節(jié)好溫度時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。本試驗(yàn)通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)的時(shí)間，反應(yīng)溫度，反應(yīng)物濃度比以及改變添加劑的種類和用量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子形貌和粒徑的控制。

以Mn²⁺鹽為原料制備Mn₃O₄及其復(fù)合納米材料的方法，其特征在于具體制備步驟如下：

(1)以水為溶劑，以濃度為0.02-0.1mol/L的Mn²⁺鹽為前驅(qū)體，加入濃度為0.01-0.1mol/L的堿液和添加劑，然后將混合均勻的混合料置于耐壓耐溫容器中；所述添加劑是濃度為0-0.05mol/L的苯酚，或?yàn)?--10g/L的陰離子表面活性劑(如十二烷基硫酸鈉SDS)或陽(yáng)離子表面活性劑(如十六烷基三甲基溴化銨CTAB)，或添加它們的混合物；

(2)將步驟(1)中裝有混合料的容器置于恒溫干燥箱中，在100℃-160℃范圍內(nèi)，恒溫加熱不低于4小時(shí)；

(3)取出容器，自然冷卻至室溫；然后用去離子水、無(wú)水乙醇交替洗滌合成產(chǎn)物，低溫干燥后，即得所需產(chǎn)品。

所用的錳鹽為硫酸錳或氯化錳。

所用的堿液為六亞甲基四胺、氫氧化鈉、氨水中的一種。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

(1)工藝簡(jiǎn)單，單二價(jià)錳離子源為錳前驅(qū)物，不需要精確調(diào)節(jié)二價(jià)離子和三價(jià)離子比例以及溶液pH值，整個(gè)合成過(guò)程濃縮成一步，簡(jiǎn)化了反應(yīng)步驟，操作便利。

(2)無(wú)需添加氧化劑，直接利用溶于水中的氧氣作為氧化劑，節(jié)約成本。

(3)相比傳統(tǒng)水熱法，反應(yīng)溫度低，時(shí)間短，對(duì)設(shè)備要求低，降低了生產(chǎn)成本。