CN107265505B - 一种二氧化锰的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业材料领域，具体涉及一种二氧化锰的制备方法，包括如下步骤：S1，配制高锰酸钾溶液；S2,生物质还原剂的制备，所述生物质还原剂为猕猴桃提取液或者鲜枣提取液；S3，二氧化锰的制备，在加热搅拌的条件下，将S1中配制的高锰酸钾溶液滴加到S2中制备的猕猴桃提取液或者鲜枣提取液中，然后将pH调节为6.5‑9，然后在30‑75℃下搅拌反应20‑60min，停止搅拌并冷却至室温，将反应溶液用布氏漏斗抽滤，将滤饼用蒸馏水、无水乙醇洗涤，放入60‑80℃干燥箱中干燥，即得到二氧化锰颗粒。本发明的有益效果是：猕猴桃提取液和鲜枣提取液操作简单，不会对环境造成污染，符合绿色化学的研究要求。

Description

一种二氧化锰的制备方法

技术领域

本发明属于工业材料领域，具体涉及一种二氧化锰的制备方法。

背景技术

二氧化锰化学式常被写作MnOx，且X并没有明确的数值，因此其本身是一种较复杂的氧化物。二氧化锰的属于八面体结构，氧原子位于八面体的各个角顶上，锰原子则位于八面体中。由于其八面体堆积方式的不同，可以分为六方密堆积结构或立方密堆积结构。

二氧化锰作为一种重要的工业材料，被广泛应用于电化学、氧化、催化以及吸附等方面。在电化学方面，二氧化锰作为碱锰电池、锂锰电池、镁锰电池的阴极材料而被广泛应用。在氧化性能方面，由于锰离子有+2、+3、+4、+6、+7等价态，因为二氧化锰处于锰离子的中间价态，氧化性温且选择性理想，所以二氧化锰是一种良好的氧化物，也是一种良好的有机氧化剂，在化工、环保等多方面都有着广泛的应用。在催化性能方面，二氧化锰常被用于实验室与工业生产中。由于其催化性能良好且二氧化锰对于环境友好以及资源丰富，近年来，二氧化锰主要应用与环境保护方面，因此，二氧化锰被作为新型的环保催化剂。

目前合成二氧化锰的方法多种多样，大致可以分为水热合成法、化学沉淀法、溶胶-凝胶法、模板法和电化学法等。这些方法大多工艺繁多，设备要求严格，且产物的形貌和性质也不尽相同，本发明旨在提供一种全新的生物质还原法制备二氧化锰。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种二氧化锰的制备方法，采用生物质还原剂合成二氧化锰，较为环保。

本发明提供了如下的技术方案：

一种二氧化锰的制备方法，包括如下步骤：

S1，配制高锰酸钾溶液：称取高锰酸钾固体置于烧杯中，加入适量蒸馏水并进行搅拌，使其充分溶解，盖上表面皿，加热至沸腾并保持至少1h，加热过程中可加入一定量的蒸馏水使溶液体积保持不变，冷却后转移至容量瓶中加蒸馏水定容，将定容后溶液转移到棕色瓶中，在暗处放置2-3天，然后用砂芯漏斗过滤除去杂质，滤液储存在棕色瓶中备用；

S2,生物质还原剂的制备，所述生物质还原剂为猕猴桃提取液或者鲜枣提取液，

S21,猕猴桃提取液的制备，取新鲜猕猴桃果肉放置在研钵中研磨，向得到的研磨产物中加入适量蒸馏水，搅拌均匀后用砂芯漏斗抽滤，得到滤液，接着将得到的滤液离心得到上清液，所述上清液即为猕猴桃提取液，将猕猴桃提取液密封保存备用；

S22,鲜枣提取液的制备，取新鲜的鲜枣果肉放置在研钵中研磨，将研磨产物用砂芯漏斗抽滤，得到滤液，接着将得到的滤液离心得到上清液，所述上清液即为鲜枣提取液，将鲜枣提取液密封保存备用；

S3，二氧化锰的制备，在加热搅拌的条件下，将S1中配制的高锰酸钾溶液滴加到S2中制备的猕猴桃提取液或者鲜枣提取液中，将pH调节为6.5-9，在30-75℃下搅拌反应20-60min，停止搅拌并冷却至室温，将反应溶液用布氏漏斗抽滤，将滤饼依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，放入60-80℃干燥箱中干燥，即得到二氧化锰颗粒。

优选的，所述S3中，当S1中配制的高锰酸钾溶液滴加到S2中制备的猕猴桃提取液时,所述高锰酸钾溶液的摩尔浓度为0.02mol/L；当S1中配制的高锰酸钾溶液滴加到S2中制备的鲜枣提取液中，所述高锰酸钾溶液的摩尔浓度为0.01mol/L。

优选的，所述S2中，所述猕猴桃果肉为40.1044g，鲜枣果肉为200.1542g。

优选的，所述S3中，所述搅拌反应的温度为60℃。

优选的，所述S3中，干燥箱的温度为70℃。

优选的，所述S3中，所述pH为7。

本发明的有益效果是：

1、猕猴桃提取液和鲜枣提取液中，含有大量的糖类和维生素类物质，这些糖类和维生素类物质富含有羟基、醛基、半缩醛羟基、烯醇式以及巯基等还原性基团，这些还原性基团与高锰酸钾在不同温度和pH下发生氧化还原反应能够制得二氧化锰。测试表明，所得产物是尺寸在几微米到几十微米之间的二氧化锰且具有不规则团聚体形貌。

2、猕猴桃提取液和鲜枣提取液操作简单，不会对环境造成污染，符合绿色化学的研究要求。

附图说明

图1是实施例1所得二氧化锰的扫描电镜图；

图2是实施例2所得二氧化锰的扫描电镜图；

图3是实施例3所得二氧化锰的扫描电镜图；

图4是实施例4所得二氧化锰的扫描电镜图；

图5是实施例5所得二氧化锰的扫描电镜图；

图6是实施例6所得二氧化锰的扫描电镜图；

图7是实施例7所得二氧化锰的扫描电镜图；

图8是实施例8所得二氧化锰的扫描电镜图；

图9是实施例9所得二氧化锰的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做具体说明。

实施例1

一种二氧化锰的制备方法，包括如下步骤：

S1，配制高锰酸钾溶液：称取1.5803g高锰酸钾固体置于烧杯中，加入适量蒸馏水并进行搅拌，使其充分溶解，盖上表面皿，加热至沸腾并保持至少1h，加热过程中可加入一定量的蒸馏水使溶液体积保持不变，冷却后转移至1L容量瓶中加蒸馏水定容，将定容后溶液转移到棕色瓶中，在暗处放置2天，然后用砂芯漏斗过滤除去杂质，滤液储存在棕色瓶中备用；

S2,鲜枣提取液的制备，取200.1542g新鲜的鲜枣果肉放置在研钵中研磨，将研磨产物用砂芯漏斗抽滤，得到滤液，接着将得到的滤液离心得到上清液，离心条件为20r/min、10min，所述上清液即为鲜枣提取液，将鲜枣提取液密封保存备用；

S3，二氧化锰的制备，在加热搅拌的条件下，将30ml高锰酸钾溶液滴加到20ml鲜枣提取液中，将pH调节为7，在30℃下搅拌反应30min，停止搅拌并冷却至室温，将反应溶液用布氏漏斗抽滤，将滤饼依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，放入70℃干燥箱中干燥，即得到二氧化锰颗粒。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1是在30℃下搅拌反应30min，本实施例是在60℃下搅拌反应30min。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1是在30℃下搅拌反应30min，本实施例是在90℃下搅拌反应30min。

实施例4

本实施例与实施例2的不同之处在于，实施例2是将pH调节为7，本实施例是将pH调节为6.5。

实施例5

本实施例与实施例2的不同之处在于，实施例2是将pH调节为7，本实施例是将pH调节为9。

实施例6

一种二氧化锰的制备方法，包括如下步骤：

S1，配制高锰酸钾溶液：称取1.5803g高锰酸钾固体置于烧杯中，加入适量蒸馏水并进行搅拌，使其充分溶解，盖上表面皿，加热至沸腾并保持至少1h，加热过程中可加入一定量的蒸馏水使溶液体积保持不变，冷却后转移至500mL容量瓶中加蒸馏水定容，将定容后溶液转移到棕色瓶中，在暗处放置2天，然后用砂芯漏斗过滤除去杂质，滤液储存在棕色瓶中备用；

S2,猕猴桃提取液的制备，取40.1044g新鲜猕猴桃果肉放置在研钵中研磨，向得到的研磨产物中加入100ml蒸馏水，搅拌均匀后用砂芯漏斗抽滤，得到滤液，接着将得到的滤液离心得到上清液，离心条件为20r/min、10min，所述上清液即为猕猴桃提取液，将猕猴桃提取液密封保存备用；

S3，二氧化锰的制备，在加热搅拌的条件下，将10ml高锰酸钾溶液滴加到10ml猕猴桃提取液中，将pH调节为7，在60℃下搅拌反应20min，停止搅拌并冷却至室温，将反应溶液用布氏漏斗抽滤，将滤饼依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，放入70℃干燥箱中干燥，即得到二氧化锰颗粒。

实施例7

本实施例与实施例6的不同之处在于，实施例6将10ml高锰酸钾溶液滴加到10ml猕猴桃提取液中，本实施例将10ml高锰酸钾溶液滴加到20ml猕猴桃提取液中。

实施例8

本实施例与实施例6的不同之处在于，实施例6将10ml高锰酸钾溶液滴加到10ml猕猴桃提取液中，本实施例将10ml高锰酸钾溶液滴加到30ml猕猴桃提取液中。

实施例9

本实施例与实施例6的不同之处在于，实施例6在60℃下搅拌反应30min，本实施例在60℃下搅拌反应60min。

结果与分析

实施例1、2、3是在不同温度(30、60、90)下高锰酸钾与鲜枣提取液反应，制备二氧化锰。由对应的图1、2、3可知，图1所得产物为类球状颗粒，颗粒尺寸在几微米到几十微米之间，产物出现团聚现象。图2所得产物为不规则的多面体块状颗粒，颗粒尺寸在几微米到几十微米之间，产物无明显团聚现象。与图1相比，图2中的颗粒更显尖锐，团聚现象不明显，且其颗粒尺寸也更大。图3所得产物为不规则的多面体块状颗粒，颗粒尺寸也在几微米到几十微米之间，产物颗粒表面有部分颗粒发生团聚。与1、图2相比，其形貌与尺寸大小都发生了明显的变化。

实施例2、4、5是在不同pH(7、6.5、9)下高锰酸钾与鲜枣提取液反应，制备二氧化锰。由对应的图2、4、5可知，图2所得产物为不规则的多面体块状颗粒，颗粒尺寸在几微米到几十微米之间，产物有部分团聚现象。图4所得产物为不规则的多面体块状颗粒，颗粒尺寸在几微米到几十微米之间，产物无明显团聚现象。与图4相比，从图2中可以明显看出部分颗粒不如图4中的颗粒尖锐，但较之图4中的大部分颗粒明显尺寸更大且出现团聚现象。图5所得产物为类椭圆形颗粒，颗粒尺寸约为1-40μm之间，产物较为聚集。与图4、图2相比，可以看出其颗粒是渐次变得圆滑的，尺寸则是先大后小。

实施例6、7、8是高锰酸钾与猕猴桃提取液在不同体积比(1:1、1:2、1:3)下反应，制备二氧化锰，由对应的图6、7、8可知，图6所得产物产生了团聚，由微小的颗粒聚集在一起，没有规则的形貌，分散程度不好。产物为不规则的多面体块状颗粒，颗粒尺寸在几微米到几十微米之间。图7所得产物为不规则的多面体块状颗粒，颗粒尺寸在几微米到几十微米之间，产物无明显团聚现象。与图7相比，图6中的颗粒更均匀，团聚现象明显，且其颗粒尺寸也相对较小。图8所得产物为不规则的多面体块状颗粒，颗粒尺寸也在几微米到几十微米之间，产物颗粒表面有部分颗粒发生团聚。与图6、图7相比，其形貌与尺寸大小都发生了明显的变化。

实施例6、9是高锰酸钾与猕猴桃提取液在不同时间(20min、60min)下反应，由对应的图6、9可知，图6所得产物产生了团聚，由微小的颗粒聚集在一起，没有规则的形貌，分散程度不好。产物为不规则的多面体块状颗粒，颗粒尺寸在几微米到几十微米之间。图9所得产物为不规则的多面体块状颗粒，颗粒尺寸在几微米到几十微米之间，产物无明显团聚现象。

根据扫描电镜图我们可以看到图1中的二氧化锰颗粒较小，粒径均匀，对应的实施例1是最优的实施例，这是由于实施例1中猕猴桃提取液具有还原性基团的生物分子浓度高，反应快，而且生物分子对生成颗粒的包裹作用强。

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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (6)

1.一种二氧化锰的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，配制高锰酸钾溶液：称取高锰酸钾固体置于烧杯中，加入适量蒸馏水并进行搅拌，使其充分溶解，盖上表面皿，加热至沸腾并保持至少1h，加热过程中可加入一定量的蒸馏水使溶液体积保持不变，冷却后转移至容量瓶中加蒸馏水定容，将定容后溶液转移到棕色瓶中，在暗处放置2-3天，然后用砂芯漏斗过滤除去杂质，滤液储存在棕色瓶中备用；

S2,生物质还原剂的制备，所述生物质还原剂为猕猴桃提取液或者鲜枣提取液，

S21,猕猴桃提取液的制备，取新鲜猕猴桃果肉放置在研钵中研磨，向得到的研磨产物中加入适量蒸馏水，搅拌均匀后用砂芯漏斗抽滤，得到滤液，接着将得到的滤液离心得到上清液，所述上清液即为猕猴桃提取液，将猕猴桃提取液密封保存备用；

S22,鲜枣提取液的制备，取新鲜的鲜枣果肉放置在研钵中研磨，将研磨产物用砂芯漏斗抽滤，得到滤液，接着将得到的滤液离心得到上清液，所述上清液即为鲜枣提取液，将鲜枣提取液密封保存备用；

S3，二氧化锰的制备，在加热搅拌的条件下，将S1中配制的高锰酸钾溶液滴加到S2中制备的猕猴桃提取液或者鲜枣提取液中，将pH调节为6.5-9，在30-75℃下搅拌反应20-60min，停止搅拌并冷却至室温，将反应溶液用布氏漏斗抽滤，将滤饼依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，放入60-80℃干燥箱中干燥，即得到二氧化锰颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化锰的制备方法，其特征在于，所述S3中，当S1中配制的高锰酸钾溶液滴加到S2中制备的猕猴桃提取液时,所述高锰酸钾溶液的摩尔浓度为0.02mol/L；当S1中配制的高锰酸钾溶液滴加到S2中制备的鲜枣提取液中，所述高锰酸钾溶液的摩尔浓度为0.01mol/L。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化锰的制备方法，其特征在于，所述S2中，所述猕猴桃果肉为40.1044g，鲜枣果肉为200.1542g。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化锰的制备方法，其特征在于，所述S3中，所述搅拌反应的温度为60℃。

5.根据权利要求1所述的一种二氧化锰的制备方法，其特征在于，所述S3中，干燥箱的温度为70℃。

6.根据权利要求1所述的一种二氧化锰的制备方法，其特征在于，所述S3中，所述pH为7。