JP5692821B2 - ラムズデライト型結晶構造を有したナノメートルサイズの二酸化マンガンを合成する方法、二酸化マンガンを用いて水酸化物イオン起源のプロトン、電子および酸素を生成する方法 - Google Patents
ラムズデライト型結晶構造を有したナノメートルサイズの二酸化マンガンを合成する方法、二酸化マンガンを用いて水酸化物イオン起源のプロトン、電子および酸素を生成する方法 Download PDFInfo
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Description
原料に塩化マンガンを用いて、以下に記述した3つのステップを通じてR型二酸化マンガンナノ粒子を水溶液法によって合成した。原料である塩化マンガンMnCl2・4H2O(和光純薬製試薬特級99%)26.7gをビーカー中のイオン交換純水225mLに溶解させた。
<実施例2>原料に硫酸マンガンを用いた水溶液合成法によるR型二酸化マンガンのナノ粒子の合成方法
実施例1の実験において、原料として塩化マンガンの代わりに硫酸マンガンMnSO4・5H2O(和光純薬製試薬特級99%)32.51gをビーカー中のイオン交換純水225mLに溶解させた。その後、各ステップにおける処理および試薬の添加量は実施例1と同様とした。ただし、ステップ3における酸処理時には濃度0.25Mの希硫酸を用いた。最後に、ステップ3終了後に得られた化合物を濾過回収し、有栓メスフラスコ3つに1.6gずつとり、マンガンイオン濃度0.1wt%で硫酸マンガンを溶解させたイオン交換純水100mLに懸濁させ、その状態を90℃、48時間保つことで結晶成長を促進させた。その際、各有栓メスフラスコの懸濁液のpHをそれぞれ5.2、3、および1に調整した。この調整には硫酸を用いた。その後、室温まで自然冷却し、次いで、化合物を濾過回収してX線回折パターンを計測した。図7にその結果を示した。
<実施例3>ラムズデライト型二酸化マンガンのナノ粒子が有する水との反応性、および機能性発現のための最適条件の確認
図8にラムズデライト型二酸化マンガンナノ粒子のpHの変化に対する界面電位(ゼータ電位)変化を顕微鏡電気泳動法で計測した結果を載せた。実験では、10-3mol・L-1のKNO3溶液中でラムズデライト型二酸化マンガンナノ粒子を2分間超音波分散させ、5分間静置後に上水の懸濁液を採取し、さらに10-3mol・L-1のKNO3溶液で希釈して実験溶液とした。pHの調整には塩酸および水酸化ナトリウム水溶液を用いた。
これらの反応に関するギブスの自由エネルギーはΔG=−38.64KJmol-1と計算されるため、この反応はラムズデライト型二酸化マンガンのナノ粒子を触媒として進行すると言える。
Claims (15)
- 2価のマンガンを含むマンガン化合物の水溶液にアルカリ試薬を添加して水酸化マンガンを析出させるステップ1と、前記水溶液の水温を室温に保ちながら過酸化水素水を添加して前記水酸化マンガンを酸化マンガンに変換するステップ2と、水が共存した状態で前記酸化マンガンに希酸を加えてラムズデライト型結晶構造を有したナノメートルサイズの二酸化マンガンを得るステップ3とから成る、一連の湿式多段酸化プロセスを特徴とする二酸化マンガンの合成方法。
- 2価のマンガンを含むマンガン化合物が、塩化マンガンまたは硫酸マンガンであることを特徴とする請求項1に記載の二酸化マンガンの合成方法。
- 請求項1または2のステップ3終了後、前記ナノメートルサイズの二酸化マンガンに、2価のマンガンを含むマンガン化合物の水溶液を添加して加温することを特徴とする二酸化マンガンの合成方法。
- 2価のマンガンを含むマンガン化合物の水溶液の液性が、酸性であることを特徴とする請求項3に記載の二酸化マンガンの合成方法。
- 2価のマンガンを含むマンガン化合物が、塩化マンガンまたは硫酸マンガンであることを特徴とする請求項3または4に記載の二酸化マンガンの合成方法。
- ラムズデライト型結晶構造を有したナノメートルサイズの二酸化マンガンに、2価のマンガンを含むマンガン化合物の水溶液を添加して加温することにより、前記二酸化マンガンを結晶成長させることを特徴とするラムズデライト型結晶構造を有した二酸化マンガンの結晶成長方法。
- 2価のマンガンを含むマンガン化合物の水溶液の液性が、酸性であることを特徴とする請求項8に記載のラムズデライト型結晶構造を有した二酸化マンガンの結晶成長方法。
- 2価のマンガンを含むマンガン化合物が、塩化マンガンまたは硫酸マンガンであることを特徴とする請求項8または9に記載のラムズデライト型結晶構造を有した二酸化マンガンの結晶成長方法。
- 水中に含まれる水酸化物イオンからプロトンを生成する方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする水酸化物イオン起源のプロトン生成方法。
(1)2価のマンガンを含むマンガン化合物の水溶液にアルカリ試薬を添加して水酸化マンガンを析出させるステップ、
(2)前記水溶液の水温を室温に保ちながら過酸化水素水を添加して前記水酸化マンガンを酸化マンガンに変換するステップ、
(3)水が共存した状態で前記酸化マンガンに希酸を加えてラムズデライト型結晶構造を有したナノメートルサイズの二酸化マンガンを得るステップ、
(4)前記二酸化マンガンを水中に配することにより、水中に含まれる水酸化物イオンからプロトンを生成するステップ。 - 前記ステップ(4)の水のpHが4.5〜10の範囲であることを特徴とする請求項11に記載の水酸化物イオン起源のプロトン生成方法。
- 水中に含まれる水酸化物イオン起源の電子を二酸化マンガン表面にチャージさせる方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする水酸化物イオン起源の電子のチャージ方法。
(1)2価のマンガンを含むマンガン化合物の水溶液にアルカリ試薬を添加して水酸化マンガンを析出させるステップ、
(2)前記水溶液の水温を室温に保ちながら過酸化水素水を添加して前記水酸化マンガンを酸化マンガンに変換するステップ、
(3)水が共存した状態で前記酸化マンガンに希酸を加えてラムズデライト型結晶構造を有したナノメートルサイズの二酸化マンガンを得るステップ、
(4)前記二酸化マンガンを水中に配することにより、水中に含まれる水酸化物イオン起源の電子を当該二酸化マンガン表面にチャージさせるステップ。 - 前記ステップ(4)の水のpHが4.5〜10の範囲であることを特徴とする請求項13に記載の水酸化物イオン起源の電子のチャージ方法。
- 水中に含まれる水酸化物イオンから酸素ガスを生成する方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする水酸化物イオン起源の酸素の生成方法。
(1)2価のマンガンを含むマンガン化合物の水溶液にアルカリ試薬を添加して水酸化マンガンを析出させるステップ、
(2)前記水溶液の水温を室温に保ちながら過酸化水素水を添加して前記水酸化マンガンを酸化マンガンに変換するステップ、
(3)水が共存した状態で前記酸化マンガンに希酸を加えてラムズデライト型結晶構造を有したナノメートルサイズの二酸化マンガンを得るステップ、
(4)前記二酸化マンガンを水中に配することにより、水中に含まれる水酸化物イオンから酸素ガスを生成するステップ。 - 前記ステップ(4)の水のpHが4.5〜10の範囲であることを特徴とする請求項15に記載の水酸化物イオン起源の酸素の生成方法。
- 水溶液中の貴金属イオンを、二酸化マンガンの表面に金属として析出させて前記水溶液から貴金属イオンを回収する方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする水中からの貴金属イオンの回収方法。
(1)2価のマンガンを含むマンガン化合物の水溶液にアルカリ試薬を添加して水酸化マンガンを析出させるステップ、
(2)前記水溶液の水温を室温に保ちながら過酸化水素水を添加して前記水酸化マンガンを酸化マンガンに変換するステップ、
(3)水が共存した状態で前記酸化マンガンに希酸を加えてラムズデライト型結晶構造を有したナノメートルサイズの二酸化マンガンを得るステップ、
(4)前記二酸化マンガンが添加された貴金属イオンを含む水溶液のpHを4.5〜10に調整することにより、前記水溶液中の貴金属イオンを、前記二酸化マンガンの表面に金属として析出させて前記水溶液から貴金属イオンを回収するステップ。
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