CN109231276B - 氨基磺酸还原高锰酸钾制备α-MnO2纳米线的方法及应用 - Google Patents

氨基磺酸还原高锰酸钾制备α-MnO2纳米线的方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氨基磺酸还原高锰酸钾制备α‑MnO2纳米线的方法及应用。(1)将氨基磺酸加入去离子水中,磁力搅拌,加高锰酸钾,磁搅,形成紫黑色溶液;(2)装入内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中在160~180℃下反应10~20小时;将产物分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次,然后于60℃中干燥8小时,即得α‑MnO2纳米线;该α‑MnO2纳米线尺寸大小均一,其长度约1~2微米,直径约为25~35nm。本发明反应条件温和,合成温度相对较低,时间较短,容易控制,生产成本低廉;制备的α‑MnO2纳米线能用作超级电容器和锂离子电池的电极材料、催化剂材料和环境保护中的重金属吸附材料。

Description

氨基磺酸还原高锰酸钾制备α-MnO2纳米线的方法及应用
技术领域
本发明涉及纳米材料合成领域,具体地说,特别涉及一种α-MnO2纳米线的制备方法及应用。
背景技术
作为一类新材料,锰的氧化物已在催化、电化学、吸附和磁学等方面显示了许多特殊的物理和化学性质,其中,α-MnO2纳米线常常应用于重金属吸附及电极催化等领域而备受人们的关注,同时作为超级电容器和锂离子电池电极材料,其价格低廉且对环境友好。目前,合成二氧化锰纳米线的方法主要包括:溶胶-凝胶模板法、回流法、高温分解法、酸处理法和水热法等。水热法相对于其它方法来说,操作简单,节能环保,生产周期短等优势,而且易于进行工业化生产。
苏州大学严港斌,彭杨等以硫酸锰还原剂、高锰酸钾或过硫酸盐为氧化剂和咪唑类离子液体溶于水中,然后在90~160℃下进行水热反应,将反应后得到的锰氧化物粗产品在空气中焙烧,焙烧温度为300~450℃,从而得到锰氧化物纳米线。北京化工大学王峰,陈旺辉等以高锰酸钾、还原剂醇和作为pH值调节剂的无机酸为原料,制备二氧化锰的溶胶凝胶;将制得二氧化锰溶胶凝胶产物制备成二氧化锰干凝胶细粉后再将所得的二氧化锰干凝胶细粉进行烧灼,从而合成直径为10~20nm、长度为2.0~5.0μm的α-MnO2纳米线;Ohzuku等将Mn2O3在含M2SO4(M=NH4 +, K+, Rb+)的硫酸溶液中在95℃下回流7天,即获得α-MnO2。上述α-MnO2纳米线制备过程复杂、繁琐,有些需要添加无机酸调节pH值,而且后期还需要高温灼烧,成本较高。为此,本发明选择了成本较低,环境友好型的氨基磺酸为还原剂,高锰酸钾为氧化剂,一步水热法合成α-MnO2纳米线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氨基磺酸还原高锰酸钾制备α-MnO2纳米线的方法及应用。
具体步骤为:
(1)将0.01~0.02mol (0.971~1.942g) 氨基磺酸加入50~80 mL去离子水中,在60~70℃下用磁力搅拌30~60分钟,得均匀透明氨基磺酸溶液;在所得氨基磺酸溶液中加入等物质的量(1.581~3.162 g)的高锰酸钾,继续磁搅10分钟,形成紫黑色溶液。
(2)将步骤(1)所得紫黑色溶液装入内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中在160~180℃下反应10~20小时;待反应结束后,将产物分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次,然后于60℃中干燥8小时,即得α-MnO2纳米线;该α-MnO2纳米线尺寸大小均一,其长度约1~2微米,直径约为25~35nm。
所述氨基磺酸和高锰酸钾均为分析纯。
本发明反应条件温和,合成温度相对较低,时间较短,而且是一步合成,容易实现合成过程的控制,生产成本低廉且环保;以氨基磺酸作为还原剂,高锰酸钾为氧化剂,在160~180℃下合成α-MnO2纳米线;制备的α-MnO2纳米线能用作超级电容器和锂离子电池的电极材料、催化剂材料和环境保护中的重金属吸附材料。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的α-MnO2纳米线的X射线粉末衍射图。
图2为本发明实施例1制备的α-MnO2纳米线的高倍扫描电子显微镜图。
图3为本发明实施例2制备的α-MnO2纳米线的低倍扫描电子显微镜图。
图4为本发明实施例2制备的α-MnO2纳米线的高倍扫描电子显微镜图。
图5为本发明实施例3制备的α-MnO2纳米线的低倍扫描电子显微镜图。
图6为本发明实施例3制备的α-MnO2纳米线的高倍扫描电子显微镜图。
图7为本发明实施例4制备的α-MnO2纳米线的低倍扫描电子显微镜图。
图8为本发明实施例4制备的α-MnO2纳米线的高倍扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下述氨基磺酸和高锰酸钾均为分析纯。
实施例1:
(1):在100mL的烧杯中加入50mL去离子水,然后加入氨基磺酸1.456g,在60℃下用磁力搅拌30分钟,得到无色澄清的氨基磺酸溶液;在氨基磺酸溶液中加入2.370g高锰酸钾,继续磁搅10分钟,形成紫黑色溶液。
(2):将步骤(1)形成的紫黑色溶液装入内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中,在180℃下反应16小时,待反应结束后,将产物分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次,然后于60℃中干燥8小时,即得α-MnO2纳米线。
图1是本发明实施例1制备的α-MnO2纳米线的X射线粉末衍射图,说明本发明制备的产物确实是一种α-MnO2
图2是本发明实施例1制备的α-MnO2纳米线的高倍扫描电子显微镜图,从图2中可以看出α-MnO2纳米线尺寸均匀,长度约为1~2微米,直径为25~35nm。
实施例2:
(1):在100mL的烧杯中加入50mL去离子水,然后加入氨基磺酸1.456g,在60℃下用磁力搅拌30分钟,得到无色澄清的氨基磺酸溶液。在氨基磺酸溶液中加入2.370g高锰酸钾,继续磁搅10分钟,形成紫黑色溶液。
(2):将步骤(1)形成的紫黑色溶液装入内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中,在160℃下反应12小时,待反应结束后,将产物分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次,然后于60℃中干燥8小时,即得α-MnO2纳米线。
图3是本发明实施例2制备的α-纳米线低倍扫描电子显微镜图,从图3中可以看出α-MnO2纳米线尺寸均匀。
图4是本发明实施例2制备的α-MnO2纳米线高倍扫描电子显微镜图,从图4中可以看出α-MnO2纳米线的长度大约为0.5~1.2微米,直径约为28~35nm。
实施例3:
(1):在100mL的烧杯中加入50mL去离子水,然后加入氨基磺酸1.650g,于60℃下用磁力搅拌30分钟,得到无色澄清的氨基磺酸溶液。在氨基磺酸溶液中加入2.370g高锰酸钾,继续磁搅10分钟,形成紫黑色溶液。
(2):将步骤(1)形成的紫黑色溶液装入内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中,在160℃下反应12小时,待反应结束后,将产物分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次,然后于60℃中干燥8小时,即得α-MnO2纳米线。
图5是本发明实施例3制备的α-MnO2纳米线低倍扫描电子显微镜图,从图5中可以看出α-MnO2纳米线尺寸均匀。
图6是本发明实施例3制备的α-MnO2纳米线高倍扫描电子显微镜图,从图6中可以看出α-MnO2纳米线的长度大约为0.5~1微米,直径约为28~32nm。
实施例4:
(1):在100mL的烧杯中加入50mL去离子水,然后加入氨基磺酸1.456g,在60℃下磁力搅拌30分钟,得到无色澄清的氨基磺酸溶液。在氨基磺酸溶液中加入2.370g高锰酸钾,继续磁搅10分钟,形成紫黑色溶液。
(2):将步骤(1)形成的紫黑色溶液装入内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中,在180℃下反应12小时,待反应结束后,将产物分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次,然后于60℃中干燥8小时,即得α-MnO2纳米线。
图7是本发明实施例4制备的α-MnO2纳米线低倍扫描电子显微镜图,从图7中可以看出α-MnO2纳米线尺寸均匀。
图8是本发明实施例4制备的α-MnO2纳米线高倍扫描电子显微镜图,从图8中可以看出α-MnO2纳米线的长度大约为0.5~1微米,直径约为27~33nm。

Claims (1)

1.一种氨基磺酸还原高锰酸钾制备α-MnO2纳米线的方法,其特征在于具体步骤为:
(1)将0.971~1.942g氨基磺酸加入50~80 mL去离子水中,在60~70℃下用磁力搅拌30~60分钟,得均匀透明氨基磺酸溶液;在所得氨基磺酸溶液中加1.581~3.162 g高锰酸钾,继续磁搅10分钟,形成紫黑色溶液;
(2)将步骤(1)所得紫黑色溶液装入内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中在160~180℃下反应10~20小时;待反应结束后,将产物分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次,然后于60℃中干燥8小时,即得α-MnO2纳米线;该α-MnO2纳米线尺寸大小均一,其长度为1~2微米,直径为25~35nm;
所述氨基磺酸和高锰酸钾均为分析纯。
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Assignee: GUANGXI KE SUI ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: GUILIN University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980045094

Denomination of invention: Preparation of Potassium Permanganate by Aminosulfonic Acid Reduction a- Method and Application of MnO2Nanowires

Granted publication date: 20210112

License type: Common License

Record date: 20231101

Application publication date: 20190118

Assignee: Guilin Qianzhuo Environmental Testing Technology Service Co.,Ltd.

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Denomination of invention: Preparation of Potassium Permanganate by Aminosulfonic Acid Reduction a- Method and Application of MnO2Nanowires

Granted publication date: 20210112

License type: Common License

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