多孔结构锰氧化物的控制合成与特性研究
本文以锰氧八面体[MnO6]为基元结构,进行了OL、OMS型锰氧化物及ML型铜锰复合氧化物的微介观结构设计和可控合成。采用XRD、SEM及TEM等技术,系统的对OL、OMS及ML型锰氧化物的合成与性能进行了研究,探讨了不同制备条件下阴阳离子对OL型锰氧化物合成及可逆转化的影响,通过氨沥滤提出了一种鉴别孔道结构及层状结构的有效方法。采用KMnO4氧化还原法,以Mg2+、Ni2+和Co2+为导向剂均可合成OL型锰氧化物,其导向作用能力为Mg2+>Ni2+>Co2+,而以Cu2+和Al3+为导向剂所合成则是以黑锰矿为主的锰氧化物,没有得到OL型锰氧化物。尽管阴离子不进入锰氧化物的最终组成与结构中,却一直参与锰氧化物合成反应过程,对锰氧化物的组成、结构及其演变过程都有一定程度的影响,如阴离子对OL型锰氧化物结晶度的影响顺序与引入的阳离子种类有关。Mg离子为导向剂时,阴离子的影响Ac->Cl-/NO3->NO3->Cl-;Ni离子为导向剂时,阴离子的影响Cl-/NO3->Cl->NO3->Ac-;Co离子为导向剂时,阴离子的影响NO3->Cl-/NO3->Cl->Ac-。采用KMnO4+NaOH氧化还原法,以Mg2+、Ni2+、Co2+、Cu2+和Al3+为导向剂均可合成OL型锰氧化物,其导向作用的顺序为Mg2+>Ni2+>Co2+>Cu2+>Al3+;阴离子对OL型锰氧化物结晶度的影响与引入的结构导向剂相关,Mg离子为导向剂时,阴离子的影响Ac-≈Cl-/NO3->Cl->NO3-;Ni离子为导向剂时,阴离子的影响Cl->Cl-/NO3->Ac->NO3-;Co离子为导向剂时,阴离子的影响Ac->NO3-≈Cl-/NO3->Cl-;Cu离子为导向剂时,阴离子的影响Cl-/NO3->Cl->Ac->NO3-。碱性条件下采用氧气氧化法合成OL型锰氧化物,研究结果表明氧气流量是合成层状结构的关键因素,其它因素虽对层状氧化锰的结晶度和晶粒大小有一定的影响,但不影响OL型氧化锰结构的生成。只有氧气的流量为5L/min,反应时间达到5h时,产物为单一晶相的布塞尔矿结构锰氧化物,干燥后转化成水钠锰矿锰氧化物。反应前是否通入N2处理及干燥气氛对布塞尔矿结构锰氧化物合成没有明显的影响。OL型锰氧化物的可逆转化研究结果表明:OL型锰氧化物发生可逆转化与结合在层间的阳离子导向剂的种类有关,当锰溶液沉淀反应体系中引入Mg离子导向剂时,选用KMnO4为氧化剂制备的布塞尔矿能够逆转为水钠锰矿,这是由层间Mg离子较强的结合水能力所决定的。可逆转化的优化条件是:干燥温度40℃;水化处理时间24h。以氧气氧化法合成的布塞尔矿为前躯体,采用水热合成法合成了Cu-ML及Cu-OMS-1锰氧化物,并通过氨沥滤,有效的区分了两种结构。XRD分析表明Cu-OMS-1结构经氨沥滤后衍射峰出峰位置没有显著变化,仍保持原有的孔道结构,而Cu-ML经氨沥滤后层间距变小,转化为Birnessite型层状锰氧化物结构。
多孔结构锰氧化物;控制合成;可逆转化;氨沥滤;孔道结构
内蒙古工业大学
硕士
化学工艺
刘全生
2010
中文
TQ137.12
77
2014-03-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）