CN103539098B - 一种片状形貌焦磷酸锰微晶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属无机非金属材料制备领域，尤其涉及一种片状焦磷酸锰微晶的制备方法，其以可溶性二价锰盐和可溶性焦磷酸盐按照一定比例在醇/水混合溶液中均匀溶解，充分搅拌反应后，接续在醇/水混合溶液中进行水热反应、过滤、洗涤、干燥即得目的产物。本发明工艺简便易行、纯度高、产品制备成本低，所得产品具有片状形貌的微米晶体，厚度在100～400nm之间，长宽在10～60mm之间，且均一性、分散性好。本发明所制备的一种片状形貌焦磷酸锰微晶可以广泛应用于化工、电子、建筑、玻璃和陶瓷等工业领域。

Description

一种片状形貌焦磷酸锰微晶的制备方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料的制备技术领域，具体地说是涉及一种片状形貌焦磷酸锰的制备方法。
背景技术
焦磷酸锰 （manganese pyrophosphate）化学式Mn2P2O7。分子量283.82。红褐色单斜系晶体，熔点1196 °C，相对密度3.707。焦磷酸锰是一种重要的无机盐产品，由于其特殊的晶体结构而广泛的应用于催化、吸附、主客体组装以及光学、磁学等领域。因此焦磷酸锰微晶体的合成方法一直吸引着人们的广泛关注。
目前，工业上主要的生产方法如下：在室温条件下,以硝酸锰和磷酸胺为原料,在水溶液中直接沉淀法一步合成NH4MnPO4·H2O。然后加热至110～120 °C失去氨和水,形成焦磷酸锰。或者可由氯化锰和磷酸氢二钠在氨水中隔氧沉淀,或由其它锰盐和磷酸氢二钠混合液加入盐酸,加热并用氨水饱和、沉淀而得中间产物，经过加热分解而形成焦磷酸锰。上述的工业方法过程复杂且生产成本低、产品的纯度低、杂质含量高，不能满足现代工业对焦磷酸锰材料的要求。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种工艺简单，目的产物收率高，制备成本低，产品纯度高，分散性好，工艺易操作简单形貌可控的制备焦磷酸锰微晶体方法。
为达到上述目的，本发明是这样实现的。
一种片状焦磷酸锰微晶的制备方法，其将可溶性二价锰盐和可溶性焦磷酸盐在醇/水混合溶液中均匀溶解，搅拌并进行水热反应，即得目的产物。
作为一种优选方案，本发明所述的可溶性二价锰盐为氯化锰、硫酸锰、硝酸锰或乙酸锰中的一种或两种以上的混合物。
作为另一种优选方案，本发明所述的可溶性焦磷酸盐为焦磷酸钠或焦磷酸钾中的一种或其混合物。
进一步地，本发明所述的醇/水混合溶液中的醇为甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇中的一种或两种以上的混合物，且醇/水的体积比为１∶0.1～10。
更进一步地，本发明所述的可溶性二价锰盐的摩尔浓度为0.01～3 mol/L。
另外，本发明所述的可溶性二价锰盐与可溶性焦磷酸盐的摩尔比为１∶0.1～10。
其次，本发明所述的水热反应温度在150～250 °C，反应时间为6～48小时。
最后，本发明在醇/水混合溶液中均匀溶解，搅拌反应后，接续在醇/水混合溶液中进行水热反应，经过滤、洗涤、干燥即得目的产物；所述的干燥时间为5～10小时，干燥温度为50～150 °C。
与现有技术相比，本发明具有如下特点。
（1）焦磷酸锰的传统方法工艺复杂，不能达到形貌控制合成。本发明工艺路线简单，制备成本低，操作容易控制，具有较高的生产效率，通过条件溶剂的组成实现了对焦磷酸锰微晶的形貌控制合成。
（2）本发明制备的目的产物焦磷酸锰微晶，其纯度高（97％～99％），杂质含量低，分散性好（通过SEM图可以看出），具有片状形貌，可满足工业应用领域对焦磷酸锰产品的要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
图1为本发明所制备的焦磷酸锰微晶的X射线衍射图。
图2为本发明所制备的焦磷酸锰微晶的IR图。
图3-1及图3-2为本发明所制备的焦磷酸锰微晶的SEM形貌图。
图4-1及图4-2为本发明所制备的焦磷酸锰微晶的SEM形貌图。
图5-1及图5-2为本发明所制备的焦磷酸锰微晶的SEM形貌图。
具体实施方式
本发明以可溶性二价锰盐和可溶性焦磷酸盐为原料，将锰盐和可溶性焦磷酸盐按照一定比例在醇/水混合溶液中均匀溶解，充分搅拌反应，接续在醇/水混合溶液中进行水热反应(温度在150～250 °C，时间为6～48小时)。过滤、洗涤、干燥后即得目的产物。其制备步骤是。
（1）将可溶性二价锰盐和焦磷酸盐均配成0.01～3.0 mol/L的醇水混合溶液，在室温下将焦磷酸盐缓慢滴加到锰盐溶液中，可溶性焦磷酸盐的加入量按锰盐/焦磷酸盐按照1:0.1～10的摩尔比计，以60～120转／分搅拌速度搅拌反应10～30分钟。
（2）将得到的混和溶液在一定温度下，进行水热反应，水热反应温度在150～250 °C，水热反应时间为6～48小时。
（3）水热反应结束，自然冷却至室温后，将反应得到的产品过滤后放入烘箱中，在50～150 °C条件下，干燥5～10 小时，即制得焦磷酸锰微晶材料。
图1为本发明所制备的片状焦磷酸锰微晶的红外谱图。图2为本发明所制备的片状焦磷酸锰微晶的X射线衍射图。
参见图3-1、图3-2、图4-1、图4-2、图5-1及图5-2所示，为本发明所制备的片状焦磷酸锰微晶进行的扫描电镜（SEM）分析，其结果是，所得产品具有片状形貌的微米晶体，厚度在100～400 nm之间，长宽在10～60 mm之间，且均一性、分散性好。
实施例1。
将浓度为0.1 mol/L硫酸锰醇水混合溶液缓慢滴加到浓度为0.1 mol/L焦磷酸钠的醇水混合溶液中。其中醇水混合溶液为乙醇和水按照1:10体积比配制的，硫酸锰与焦磷酸钠以1:1的摩尔比计，以60转／分搅拌速度搅拌反应30分钟。将得到的混和溶液进行水热反应，水热反应温度在180 °C，水热反应时间为24小时。水热反应结束后，自然冷却至室温，将反应得到的产品过滤水洗后放入烘箱中，在120 °C条件下干燥8 小时，得到片状焦磷酸微晶材料。产品经测定，其片厚度在150～300 nm之间，长宽在10～20 mm之间，且分散均匀。
实施例2。
将浓度为0.2 mol/L硫酸锰醇水混合溶液缓慢滴加到浓度为0.2 mol/L焦磷酸钠的醇水混合溶液中。其中醇水混合溶液为乙醇和水按照1:10体积比配制的，硫酸锰与焦磷酸钠以2:1的摩尔比计，以60转／分搅拌速度搅拌反应30分钟。将得到的混和溶液进行水热反应，水热反应温度在180 °C，水热反应时间为24小时。水热反应结束后，自然冷却至室温，将反应得到的产品过滤水洗后放入烘箱中，在120 °C条件下干燥8 小时，得到片状焦磷酸微晶材料。产品经测定，其片厚度在100～150 nm之间，长宽在15～30 mm之间，且分散均匀。
实施例3。
将浓度为0.3 mol/L硫酸锰醇水混合溶液缓慢滴加到浓度为0.3 mol/L焦磷酸钠的醇水混合溶液中。其中醇水混合溶液为乙醇和水按照1:10体积比配制的，硫酸锰与焦磷酸钠以1:2的摩尔比计，以60转／分搅拌速度搅拌反应30分钟。将得到的混和溶液进行水热反应，水热反应温度在180 °C，水热反应时间为24小时。水热反应结束后，自然冷却至室温，将反应得到的产品过滤水洗后放入烘箱中，在120 °C条件下干燥8 小时，得到片状焦磷酸微晶材料。产品经测定，其片厚度在200～400 nm之间，长宽在20～60 mm之间，且分散均匀。
实施例4。
将浓度为0.1 mol/L氯化锰醇水混合溶液缓慢滴加到浓度为0.1 mol/L焦磷酸钠的醇水混合溶液中。其中醇水混合溶液为乙醇和水按照1:10体积比配制的，硫酸锰与焦磷酸钠以1:1的摩尔比计，以60转／分搅拌速度搅拌反应30分钟。将得到的混和溶液进行水热反应，水热反应温度在180 °C，水热反应时间为24小时。水热反应结束后，自然冷却至室温，将反应得到的产品过滤水洗后放入烘箱中，在150 °C条件下干燥8 小时，得到片状焦磷酸微晶材料。产品经测定，其片厚度在200～300 nm之间，长宽在15～25 mm之间，且分散均匀。
实施例5。
将浓度为0.1 mol/L氯化锰醇水混合溶液缓慢滴加到浓度为0.1 mol/L焦磷酸钠的醇水混合溶液中。其中醇水混合溶液为乙醇和水按照1:10体积比配制的，硫酸锰与焦磷酸钠以1:2的摩尔比计，以60转／分搅拌速度搅拌反应30分钟。将得到的混和溶液进行水热反应，水热反应温度在180 °C，水热反应时间为24小时。水热反应结束后，自然冷却至室温，将反应得到的产品过滤水洗后放入烘箱中，在150 °C条件下干燥8 小时，得到片状焦磷酸微晶材料。产品经测定，其片厚度在100～200 nm之间，长宽在20～40 mm之间，且分散均匀。
实施例6。
将浓度为0.3 mol/L氯化锰醇水混合溶液缓慢滴加到浓度为0.3 mol/L焦磷酸钠的醇水混合溶液中。其中醇水混合溶液为乙醇和水按照1:10体积比配制的，硫酸锰与焦磷酸钠以2:1的摩尔比计，以60转／分搅拌速度搅拌反应30分钟。将得到的混和溶液进行水热反应，水热反应温度在180 °C，水热反应时间为24小时。水热反应结束后，自然冷却至室温，将反应得到的产品过滤水洗后放入烘箱中，在150 °C条件下干燥8 小时，得到片状焦磷酸微晶材料。产品经测定，其片厚度在200～400 nm之间，长宽在40～60 mm之间，且分散均匀。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种片状形貌焦磷酸锰微晶的制备方法，其特征在于:将可溶性二价锰盐和可溶性焦磷酸盐在醇/水混合溶液中均匀溶解，搅拌反应后，接续在醇/水混合溶液中进行水热反应，过滤、洗涤、干燥即得目的产物；所述可溶性二价锰盐为氯化锰、硫酸锰、硝酸锰或乙酸锰中的一种或两种以上的混合物；所述可溶性焦磷酸盐为焦磷酸钠或焦磷酸钾中的一种或其混合物；所述醇/水混合溶液中的醇为甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇中的一种或两种以上的混合物，且醇与水的体积比为１∶0.1～10；所述可溶性二价锰盐的摩尔浓度为0.01～3 mol/L；所述可溶性二价锰盐与可溶性焦磷酸盐的摩尔比为１∶0.1～10；所述水热反应温度在150～250℃，反应时间为6～48小时；所述干燥时间为5～10小时，干燥温度为50～150℃。
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