[发明专利]一种纳米二氧化锰的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备，尤其涉及一种利用低温液相共沉淀法制备纳米二氧化锰的方法及其应用。

背景技术

二氧化锰是一种两性过渡金属氧化物，是软锰矿的主要成分。它是一种室温下非常稳定的黑色或棕色粉末状固体。二氧化锰作为重要的过度金属氧化物，由于其良好的氧化还原特性，在电池材料等多项领域中（例如超级电容器）已经得到广泛应用。

此外，随着环境污染日益严重，各国专家学者正在努力发展绿色新材料、寻找治理污染的新方法，由于二氧化锰独特的化学组成及物理化学性质，目前在污水处理领域中已开始作为治理污染物的净水材料。为了更好地利用二氧化锰，可以采用具有特殊性质的纳米二氧化锰，纳米微粒具有很多独特的性能，如尺寸小、表面积大、表面的键态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全，导致表面活性位置增加，随着粒径的减小，表面光滑程度变差，形成了凹凸不平的原子台阶，增加了化学反应的接触面，目前主要的纳米二氧化锰生产方法有：机械破碎法、电化学沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳法、模板法、共沉淀法、氧化还原沉积法、化学还原沉积法、水热法、机械化学法、自组装法、物理蒸汽沉积法、高温固相反应法，这些方法对设备要求均较高，并且工艺复杂，所以寻找一种对设备要求低、工艺简单可行的纳米二氧化锰制备方法亟需解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种利用低温液相共沉淀法，对设备要求低、工艺简单可行的纳米二氧化锰的制备方法及其应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种纳米二氧化锰的制备方法，包括以下步骤：将含氧化剂的水溶液滴入或将氧化性气体通入有活性剂的锰盐水溶液中，分散均匀，进行液相共沉淀反应，纳米级二氧化锰悬浮在溶液中，将溶液过滤，对过滤后的沉淀洗涤、烘干，得到本发明纳米线网状结构的纳米二氧化锰。所述活性剂的作用为：有效地减少纳米级二氧化锰的团聚，使得颗粒更为细小均匀。

上述的制备方法中，优选的，所述氧化剂或氧化性气体与锰盐的物质的量的比值为1~10:1~10，所述活性剂的质量为锰盐质量的0.01~10%。

上述的制备方法中，优选的，所述氧化剂为高锰酸钾、高氯酸钠、氯酸钠或过氧化钠；所述氧化性气体为氯气；所述活性剂为聚乙二醇、乙醇、油酸、蔗糖酯或聚山梨酯中的任意一种；所述锰盐为硫酸锰、氯化锰、硝酸锰或碳酸锰中的任意一种。

上述的制备方法中，优选的，所述含氧化剂的水溶液的滴加速度为1~60滴/分，所述氧化性气体的通入速度为1~60个气泡/分。（控制了滴加速度，有效地减少纳米级二氧化锰的团聚，使得颗粒更为细小均匀）。

上述的制备方法中，优选的，所述液相共沉淀反应的温度为0~80℃。

上述的制备方法中，优选的，所述分散是以超声分散、机械搅拌的一种或者组合进行分散。

上述的制备方法中，优选的，所述洗涤的过程中加入分散剂，所述分散剂为聚乙二醇、蔗糖酯、乙醇或聚山梨酯中的任意一种。

上述的制备方法中，优选的，所述烘干的温度为0~50℃。

作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种由上述制备方法制备得到的纳米二氧化锰在超级电容器、污水治理领域中的应用。

有技术相比，本发明的优点在于：

1）低温共沉淀得到的纳米级二氧化锰颗粒均匀，较电解二氧化锰疏松，传统电解二氧化锰的工艺一般都是在90℃以上进行，且加入发泡剂（十二醇磺酸钠），钠盐的引入影响产品的纯度，钠离子会进入二氧化锰的晶格中，很难除去。本发明则减少杂质离子的掺入，提高产品的纯度。

2）在低温共沉淀过程中加入一定量的活性剂，且控制了滴加速度，有效地减少纳米级二氧化锰的团聚，使得颗粒更为细小均匀。

3）以往制备二氧化锰要经破碎和过筛，工艺流程长，且颗粒不均匀。本发明得到的纳米级二氧化锰悬浮于溶液中，经过过滤即可得到产品，省去破碎磨粉工序，缩短了工艺流程，降低了成本。

4）本发明得到的纳米级二氧化锰呈纤维状，粒度小、颗粒均匀、纯度高和比表面积大。

综上所述，本发明通过以上工艺流程的精心设计，最大限度地简化工业流程，提高产品质量，缩短生产周期，是一种工艺流程简单、能耗小、反应周期短、产品质量好且稳定、成本低的制备纳米级二氧化锰的方法。

附图说明