[发明专利]套娃状锰氧化合物纳米晶复合粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，特别涉及锰氧化合物材料及其制备方法。

背景技术

 氧化锰是有机污染物治理、超级电容器、高性能铁氧体及电极材料等众多技术领域的关键性基础材料。目前报道的文献和专利多将氧化锰制备成纳米晶或多孔结构及其聚集体，以期望提高其反应活性、催化活性和流动性。中国专利CN1438181A和CN1513767A分别基于表面活性剂控制和微乳体系制备纳米二氧化锰，但是二氧化锰颗粒没有介孔结构，且制备过程中所用表面活性剂需要增加额外的去除步骤，过程繁琐。中国专利CN1467159公开了一种多孔氧化锰纳米薄片材料及制备方法，但是仍然需要用到大量长链烷基季铵盐表面活性剂，且流动性不佳。中国专利CN101597085B公开了一种介孔氧化锰纳米颗粒及无表面活性剂制备方法，具有明显的介孔特征，但比表面积较低（小于15m²/g），化学活性仅适用于甲苯燃烧催化。论文Science, 1997, 276, p926 采用软模板法制备出微米级介孔氧化锰，但外形不规则，内部无空心结构，这导致其流动性差及活性降低，并且同样需要额外去除表面活性剂，工艺复杂。大连理工大学公开硕士论文《二氧化锰中空微球的制备及其电化学性质》（2010）通过热氧化法分解碳酸锰结晶粒子制备二氧化锰中空微球，虽然获得中空结构，但无介孔结构，且反应温度高（400℃），反应时间长（4小时）。

发明内容

本发明提供一种套娃状锰氧化合物纳米晶复合粒子及其制备方法，该套娃状锰氧化合物纳米晶复合粒子外形呈球形，尺寸可控，流动性好，结构为外壳内核的套娃状，外壳和内核的表面上布满介孔，比表面积大，制备过程无需使用表面活性剂，方便易行、成本低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

套娃状锰氧化合物纳米晶复合粒子，其特征在于：它的外形为球状，粒径为0.7～7μm，BET比表面积20~310m²/g；它的结构为外壳内核的套娃状，外壳和内核均由锰氧化合物纳米晶粒组成，外壳和内核的表面上布满介孔。

按上述方案，所述套娃状锰氧化合物纳米晶复合粒子的介孔为2-50nm。

按上述方案，所述锰氧化合物为二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰中的一种或它们的混合物。

如上所述套娃状锰氧化合物纳米晶复合粒子的制备方法，包括：

超声辅助沉淀步骤：将可溶性锰盐水溶液和碳酸氢铵水溶液同时加入到反应容器中，在搅拌和超声双重作用下进行超声辅助沉淀反应，然后料液分离后将固状物料干燥，得到球形碳酸锰纳米晶复合粒子；所述可溶性锰盐和碳酸氢铵的摩尔比为1:1~1.5；

焙烧步骤：将所获得的球形碳酸锰纳米晶复合粒子焙烧，焙烧温度为350～1000℃，焙烧时间为0.08～5小时，得到套娃状锰氧化合物纳米晶复合粒子。

按上述方案，所述可溶性锰盐为硫酸锰、氯化锰、硝酸锰中的一种或两种的混合物。

按上述方案，所述可溶性锰盐水溶液的质量浓度为1-25wt%。

按上述方案，所述碳酸氢铵水溶液的质量浓度为1-25wt%。

按上述方案，所述搅拌转速为50～1500转/分钟；所述超声频率为20~50KHz，超声功率密度为大于20瓦/升反应液。

按上述方案，所述沉淀反应时间为0.1～5小时。