[发明专利]多孔四氧化三钴及其制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种多孔四氧化三钴及其制备方法，属于无机盐多孔材料制备技术领域。

背景技术

四氧化三钴具有尖晶石晶体结构，是一种重要的磁性材料、P-型过渡金属氧化物，在电、磁、气敏、催化等领域表现出奇特的物理和化学性能，被广泛应用于锂离子电池电极材料、磁性材料、多相催化剂、汽车尾气处理等重要领域。四氧化三钴的物理和化学性能受形貌、尺寸和结构的影响较大，进而影响其应用性能。近年来，具有不同形貌的四氧化三钴材料引起人们的极大兴趣，采用喷雾造粒、微乳液反应法、溶胶-凝胶法、气相沉淀法等不同的制备方法已相继合成了纳米球、纳米线、纳米棒、纳米管、纳米纤维、纳米立方体、空心球、花状微球、花环状四氧化三钴等。

中国专利CN103011306B发明了一种制备纳米级立方体状四氧化三钴的方法，将一定量的多孔碳分散在去离子水中，超声分散后加入到盛有钴盐、尿素和去离子水混合溶液的反应釜中，充分搅拌混合后，将反应釜置于烘箱中,水热反应一定时间后自然冷却至室温，反应产物数次离心分离、水洗过程后，得到立方体状四氧化三钴粉末，该立方体状四氧化三钴粉末在空气中高温煅烧后可进一步得到多孔纳米级立方体状四氧化三钴；中国专利CN102887548B发明了一种海胆状分级结构四氧化三钴纳米球及其制备方法，将氯化钴水溶液与丙三醇混合，加入尿素，反应，除杂，煅烧，得到海胆状分级结构四氧化三钴纳米球；中国专利CN101913659B发明了一种电池级四氧化三钴的制备方法，用去离子水将钴原料和沉淀剂分别配成钴溶液；采用匀相晶化沉淀法制备前驱体；经洗涤，脱水，直接将含水滤饼装钵，采用低温脱水相变焙解再经过高温球化煅烧控制晶粒度和晶体形貌；然后经机械粉碎分级活化处理；最后进行磁性金属异物的去除，最终得到类球形电池级四氧化三钴；中国专利CN102249348B发明了一种六角片四氧化三钴的制备方法，将钴原料、强碱饱和溶液与助熔剂混合均匀，烘干后得到烧结物料；将所述烧结物料粉碎、焙烧后，经自然冷却，得到烧结物；将所述烧结物置于0.1～2.0M盐酸中浸泡，经洗涤过滤后得到四氧化三钴六角片湿产品；将所述四氧化三钴六角片湿产品烘干后，即得产物六角片四氧化三钴。

现有技术能制备出各种不同形貌的四氧化三钴，但是用了大量的有机溶剂，不利于规模化生产以及污染环境；同时用作锂电池的电极材料、催化方面、吸附方面还需要四氧化三钴具有较高的比表面积和丰富的空隙结构。因此，开发一种原料易得、易于规模化合成、具有较高比表面积、丰富的空隙结构四氧化三钴材料具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔四氧化三钴的制备方法，该方法所用原料价廉易得，成本低，制备的多孔四氧化三钴结构新颖独特、具有较高比表面积、丰富的空隙结构，方法简单安全、易于工业化生产，模板去除工艺较简单，无需使用其它化学试剂，简化了工艺，节约了生产成本，产品纯度高，可作为高性能超级电容器电极材料、汽车尾气处理材料和吸附材料。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种多孔四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：

（1）在室温下，将花粉加入蒸馏水中，搅拌、超声分散得到混合物；将上述混合物离心分离后，取固体物再加入无水乙醇，搅拌、超声分散后进行离心处理，烘干离心后的固体物，得到表面除杂处理的花粉；

（2）取表面除杂处理的花粉加入到蒸馏水中，然后加入无机钴盐，搅拌、超声震荡；然后加入乙二胺，机械搅拌得到混合液；所述花粉与无机钴盐的重量比为（80～5）∶1；

（3）将表面活性剂加入碱溶液中，搅拌后加入步骤（2）的混合液中，搅拌；然后于5～90℃下，滴加水合肼，搅拌0.5～24小时；然后经磁分离得到固体物，固体物经蒸馏水洗、无水乙醇洗后，烘干得到四氧化三钴前驱体；将上述四氧化三钴前驱体于200～290℃下焙烧1～8小时，得到四氧化三钴粉体复合颗粒；将上述四氧化三钴粉体复合颗粒于300～500℃下焙烧2～6小时，得到多孔四氧化三钴。

本发明中，花粉为多孔油菜花粉；油菜在我国大面积种植，其不仅可以成为美丽的风景，令人向往，菜籽榨油也会为人们的餐桌增味，油菜花粉更是易得，用于本发明的方法，可以大幅的降低多孔四氧化三钴的制备成本，有利于降低终端产品的成本，不仅有利于企业生产，更对消费者有利。

上述技术方案中，步骤（1）中，所述超声分散时间为5～30分钟；花粉与蒸馏水的质量比为1∶（4～100），固体物与无水乙醇的质量比为1∶（4～100）。为了更好的去除花粉表面的杂质，可以用乙醇处理3～6次，然后于30～60℃条件下烘干离心物。