CN103435101A - 一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法 - Google Patents

一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法 Download PDF

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习小明
龚诚
何杜
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Abstract

本发明公开了一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法，在密闭反应器中，电解金属锰片与水进行转化析氢反应；分别收集所生成的氢气和氢氧化锰；再将氢氧化锰转移至氧化反应器，进行氧化反应生成四氧化三锰。本发明主要可以达到以下有益效果：其一、通过在密闭容器中进行析氢反应，避免氢气副产物中混有空气中的氧气、氮气、二氧化碳等混合气体，进而避免安全隐患发生；其二、由于氢气副产物的成分单一，分离氢气的过程简易方便，较现有技术，成本大大低，有利于推广；其三、可以得到纯净的氢气产品，使其应用于其他的化学反应领域，进一步获得经济价值；其四、本发明所提供的技术为两段法，在第一步转化析氢反应后，可制作出纯净的氢氧化锰产品。

Description

一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法
技术领域
本发明涉及一种四氧化三锰和氢气的生产方法，尤其涉及一种两段法生产四氧化三锰和氢气的方法。
背景技术
现有技术中的四氧化三锰的合成锈蚀反应是：金属锰锈蚀生成四氧化三锰，该过程分为两个步骤，即转化析氢反应和氧化反应。两个步骤在同一个反应槽中进行，反应槽敞开，保持微负压，若要回收副产的氢气，需要分离混杂其中的氧气、氮气、二氧化碳，这样分离系统复杂、分离成本高，影响回收的经济性，而且分离过程也可能产生新的安全隐患。
目前尚未研发出一种有效的生产方法，可以解决该问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种四氧化三锰的生产方法，使生产过程中的氢气被良好的回收，分离氢气过程简易，可降低成本，且避免氢气与空气混合形成易燃易爆气体而带来安全隐患。
在本申请中，除非明确排除，本发明的具体或优选实施方案可以相互组合，本申请的各个具体或优选实施方案的各项技术要素是与其对应的上位技术特征的具体的优选选择，也可以与所述其他上位技术特征进行组合，这些组合也视为本申请原始记载内容的一部分。
为实现本发明的目的，考虑到若能够使副产物氢气的成分单一，则能够很容易地将氢气分离，本发明采用以下技术方案：
一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法，在密闭反应器中，电解金属锰片与水进行转化析氢反应；分别收集所生成的氢气和氢氧化锰；再将氢氧化锰转移至氧化反应器，进行氧化反应生成四氧化三锰。
所述转化析氢反应包括以下步骤：
1)将密闭反应器中注入浓度4～100g/L的电解质水溶液；
2)将电解金属锰片，不经过粉碎，直接投放于密闭反应釜中，固液质量比1∶3～10；
3)在温度20～95℃，电解金属锰片与水反应生成氢氧化锰和氢气；
4)产物氢气顺密闭反应器项部的排气管道流动，依次通过除氨装置、除二氧化碳装置、干燥器，最终到达氢气收集容器而被收集；
5)氢氧化锰和水的混合液，输送至过滤器，经过滤得氢氧化锰中间产品，滤液通过循环泵输送至密闭反应器继续反应。
在一优选实施方案中，所述电解质为硫酸铵、氯化铵、草酸铵、乙酸铵、甲酸铵、谷氨酸、甘氨酸中的一种电解质或多种混合电解质。
在另一优选实施方案中，所述密闭反应器可以是密闭的固定循环床。
所述氧化反应包括以下步骤：
1)将氧化反应器中，浓度4～60g/L的电解质水溶液；
2)将转化析氢反应中，步骤5)所得氢氧化锰中间产品，转移至氧化反应器，达到固液质量比1∶3～10；
3)保持温度20～95℃，搅拌速度为150～800rpm，通入氧化剂，进行氧化反应，反应时间0.5～10h；
4)反应完毕，过滤、干燥得四氧化三锰固体。
在一优选实施方案中，所述氧化剂是指空气、过氧化氢、纯氧中的任意一种。
在另一优选实施方案中，所述氧化反应中，所述电解质为硫酸铵、氯化铵、草酸铵、乙酸铵、甲酸铵、谷氨酸、甘氨酸中的一种电解质或多种混合电解质。
在以上所有优选实施方案中，所述氢氧化锰中间产品可再经洗涤、脱盐，在60～300℃下真空干燥，得到氢氧化锰固体。
通过以上技术方案最终获得Mn3O4物理化学性能如下表：
通过以上技术方案最终获得的氢气纯度大于99.5％。
本发明中除有特别说明，所述各种原料、仪器，如电解金属锰、电解质、氧化剂、循环泵、干燥器、除氨装置、除二氧化碳装置、过滤器、密闭的固定循环床、氧化反应器等均可容易地市购而得。
本发明主要可以达到以下有益效果：其一、通过在密闭容器中进行析氢反应，避免氢气副产物中混有空气中的氧气、氮气、二氧化碳等混合气体，进而避免安全隐患发生；其二、由于氢气副产物的成分单一，分离氢气的过程简易方便，较现有技术，成本大大低，有利于推广；其三、可以得到纯净的氢气产品，使其应用于其他的化学反应领域，进一步获得经济价值；其四、本发明所提供的技术为两段法，在第一步转化析氢反应中，所得氢氧化锰中间产品可单独制作出纯净的氢氧化锰产品，为需要氢氧化锰产品的商家，提供了产品来源。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加容易理解，通过下述具体实施方式，对本发明进一步的介绍。应当注意，下面所述具体实施例为非限制性实施例，该实施例不应视为是对本发明的限制。
实施例一
一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法，包括以下步骤：
1)将密闭反应器中注入浓度4～20g/L的电解质水溶液；
2)将电解金属锰片，不经过粉碎，直接投放于密闭反应釜中，固液质量比1∶3～10；
3)在温度20～95℃，电解金属锰片与水反应生成氢氧化锰和氢气；
4)产物氢气顺密闭反应器项部的排气管道流动，依次通过除氨装置、除二氧化碳装置、干燥器，最终到达氢气收集容器而被收集；
5)氢氧化锰和水的混合液，输送至过滤器，经过滤得氢氧化锰中间产品，滤液通过循环泵输送至密闭反应器继续反应；
6)将氧化反应器中，加入浓度4～60g/L的电解质水溶液；
7)将氧化反应中，所得氢氧化锰中间产品，转移至氧化反应器，达到固液质量比1∶3～10；
8)保持温度20～95℃，搅拌速度为150～800rpm，通入氧化剂，进行氧化反应，反应时间0.5～15h；
9)反应完毕，过滤、干燥得四氧化三锰固体。
所述电解质为硫酸铵、氯化铵、草酸铵、乙酸铵、甲酸铵、谷氨酸、甘氨酸中的一种电解质或多种混合电解质。
所述氧化剂是指空气、过氧化氢、纯氧、高锰酸钾中的任意一种。
实施例二
在实施例一的基础上，该实施例对反应过程中的所产生的氢氧化锰中间产品，进行了提纯，得到纯净的氢氧化锰固体，因而提供了一种获得氢氧化锰产品的途径。其制作工艺，包括以下步骤：
1)将密闭反应器中注入浓度4～20g/L的电解质水溶液；
2)将电解金属锰片，不经过粉碎，直接投放于密闭反应釜中，固液质量比1∶3～10；
3)在温度20～95℃，电解金属锰片与水反应生成氢氧化锰和氢气；
4)产物氢气顺密闭反应器项部的排气管道流动，依次通过除氨装置、除二氧化碳装置、干燥器，最终到达氢气收集容器而被收集；
5)氢氧化锰和水的混合液，输送至过滤器，经过滤得氢氧化锰中间产品，再经洗涤、脱盐，在60～300℃下真空干燥，得到氢氧化锰固体；滤液通过循环泵输送至密闭反应器继续反应。
所述电解质为硫酸铵、氯化铵、草酸铵、乙酸铵、甲酸铵、谷氨酸、甘氨酸中的一种电解质或多种混合电解质。
实施例三
在实施例一的基础上，该实施例对反应过程中的电解质和氧化剂进行选择使用。
一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法，包括以下步骤：
1)将密闭的固定循环床中注入浓度4～100g/L的硫酸铵电解质水溶液；
2)将电解金属锰片，不经过粉碎，直接投放于密闭的固定循环床中，固液质量比1∶3～10；
3)在温度20～95℃，电解金属锰片与水反应生成氢氧化锰和氢气。
4)产物氢气顺密闭的固定循环床顶部的排气管道流动，依次通过除氨装置、除二氧化碳装置、干燥器，最终到达氢气收集容器而被收集；
5)氢氧化锰和水的混合液，输送至过滤器，经过滤得氢氧化锰中间产品，滤液通过循环泵输送至密闭反应器继续反应；
6)将氧化反应器中，加入浓度4～60g/L的硫酸铵电解质水溶液；
7)将氧化反应中，所得氢氧化锰中间产品，转移至氧化反应器，达到固液质量比1∶3～10；
8)保持温度20～95℃，搅拌速度为150～800rpm，通入过氧化氢，进行氧化反应，反应时间0.5～10h；
9)反应完毕，过滤、干燥得四氧化三锰固体。
实施例三
在实施例二的基础上，该实施例中采用密闭的固定循环床来代替密闭反应器。
一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法，包括以下步骤：
1)将密闭的固定循环床中注入浓度4～100g/L的硫酸铵电解质水溶液；
2)将电解金属锰片，不经过粉碎，直接投放于密闭的固定循环床中，固液质量比1∶3～10；
3)在温度20～95℃，电解金属锰片与水反应生成氢氧化锰和氢气。
4)产物氢气顺密闭的固定循环床顶部的排气管道流动，依次通过除氨装置、除二氧化碳装置、干燥器，最终到达氢气收集容器而被收集；
5)氢氧化锰和水的混合液，输送至过滤器，经过滤得氢氧化锰中间产品，滤液通过循环泵输送至固定循环床继续反应；
6)将氧化反应器中，加入浓度4～60g/L的硫酸铵电解质水溶液；
7)将氧化反应中，所得氢氧化锰中间产品，转移至氧化反应器，达到固液质量比1∶3～7；
8)保持温度20～95℃，搅拌速度为150～800rpm，通入过氧化氢，进行氧化反应，反应时间0.5～15h；
9)反应完毕，过滤、干燥得四氧化三锰固体。
通过以上各实施例最终获得Mn3O4物理化学性能如下表：
Figure BSA0000093709480000081
通过以上实施例最终获得的氢气纯度大于99.5％。
通过以上实施例可以达到以下有益效果：其一、通过在密闭容器中进行析氢反应，避免氢气副产物中混有空气中的氧气、氮气、二氧化碳等混合气体，进而避免安全隐患发生；其二、由于氢气副产物的成分单一，分离氢气的过程简易方便，较现有技术，成本大大低，有利于推广；其三、可以得到纯净的氢气产品，使其应用于其他的化学反应领域，进一步获得经济价值；其四、本发明所提供的技术为两段法，在第一步转化析氢反应中，所得氢氧化锰中间产品可单独制作出纯净的氢氧化锰产品，为需要氢氧化锰产品的商家，提供了产品来源。

Claims (8)

1.一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法，其特征在于：在密闭反应器中，电解金属锰片与水进行转化析氢反应；分别收集所生成的氢气和氢氧化锰；再将氢氧化锰转移至氧化反应器，进行氧化反应生成四氧化三锰。
2.根据权利要求1所述一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法，其特征在于：所述转化析氢反应包括以下步骤：
1)将密闭反应器中注入浓度4～100g/L的电解质水溶液；
2)将电解金属锰片，不经过粉碎，直接投放于密闭反应釜中，固液质量比1∶3～10；
3)在温度20～95℃，电解金属锰片与水反应生成氢氧化锰和氢气；
4)产物氢气顺密闭反应器顶部的排气管道流动，依次通过除氨装置、除二氧化碳装置、干燥器，最终到达氢气收集容器而被收集；
5)氢氧化锰和水的混合液，输送至过滤器，经过滤得氢氧化锰中间产品，滤液通过循环泵输送至密闭反应器继续反应。
3.根据权利要求2所述一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法，其特征在于：所述密闭反应器可以是密闭的固定循环床。
4.根据权利要求2所述一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法，其特征在于：所述电解质为硫酸铵、氯化铵、草酸铵、乙酸铵、甲酸铵、谷氨酸、甘氨酸中的一种电解质或多种混合电解质。
5.根据权利要求2所述一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法，其特征在于：所述氢氧化锰中间产品可再经洗涤、脱盐，在60～300℃下真空干燥，得到氢氧化锰固体。
6.根据权利要求1所述一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法，其特征在于：所述氧化反应包括以下步骤：
1)将氧化反应器中，浓度4～60g/L的电解质水溶液；
2)将转化析氢反应中，步骤5)所得氢氧化锰中间产品，转移至氧化反应器，达到固液质量比1∶3～10；
3)保持温度20～95℃，搅拌速度为150～800rpm，通入氧化剂，进行氧化反应，反应时间0.5～10h；
4)反应完毕，过滤、干燥得四氧化三锰固体。
7.根据权利要求6所述一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法，其特征在于：所述氧化剂是指空气、过氧化氢、纯氧中的任意一种。
8.根据权利要求6所述一种联合生产四氧化三锰和氢气的方法，其特征在于：所述电解质为硫酸铵、氯化铵、草酸铵、乙酸铵、甲酸铵、谷氨酸、甘氨酸中的一种电解质或多种混合电解质。
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