一种多孔、高比表面积非晶MnPO材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种多孔、高比表面积非晶MnPO材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将磷源溶液滴入含有锰源的乙醇溶液中，得到含有白色沉淀的混合溶液；优选地，所述磷源为正磷酸、焦磷酸、磷酸二氢铵、磷酸铵和植酸中的至少一种，所述锰源为乙酸锰、氯化锰、和硝酸锰中的至少一种；将所得含有白色沉淀的混合溶液在100～200℃下水热反应2～20小时，再经离心、洗涤和干燥，得到所述非晶磷酸化氧化锰材料。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔、高比表面积非晶MnPO材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种多孔、高比表面积非晶MnPO材料高效及其制备方法和应用，具体地涉及一种水热法制备高比表面积非晶MnPO材料的方法，属于材料领域。
技术介绍
社会的发展离不开科技的进步，随着科技的进步，就会对材料提出新的要求，用以实现科学技术转化为实际应用，造福于我们日常生活。可以说，材料是人类社会发展的物质基础，是人类社会一切活动的物质基础，是人类生存发展的前提。当材料颗粒尺寸小到一定程度，能级变化对材料性能产生的影响大于材料固有性质时，量子尺寸效应就会使材料产生一些不同于以往的性能，与普通宏观尺寸材料的性能具有显著的不同，性能的变化使纳米材料可被应用于新的领域。科学技术进步地同时，环境问题不断的凸显，重金属污染防治已成为社会共同关注的焦点之一。水体中重金属污染修复治理采用以下两条基本途径：一是降低重金属的生物可利用性和在水体中的迁移能力；二是将重金属从受污染水体中彻底清除。主要有生物法、物理法和化学法。化学法中，吸附法具有操作简便，成本低廉，去除能力高效等优点已成为处理废水重金属一种常用方法。采用吸附方法处理水中的重金属主要是通过吸附材料的高比表面积的蓬松结构或者特殊功能基团对水中重金属离子进行物理吸附或者化学吸附。吸附剂由于分子中存在各种活性基团(如羟基、巯基、羧基、氨基等)，通过与吸附的金属离子形成离子键或共价键，达到吸附金属离子的目的。目前所采用的吸附材料主要有活性炭、活性污泥、生物质材料和金属氧化物等。但是这些传统的吸附材料吸附性能受限，还远不能满足当下重金属污水处理的要求。氧化锰(MnO2)是一种黑色固体氧化物，具有很多优异的性能在水处理等领域具有广泛的应用。非晶磷酸化氧化锰作为氧化锰的一种，在结构上不同于氧化锰有序结构，由于掺入P元素使得原本有序结构的氧化锰发生一定程度无序化，导致其比表面积增大。因此，非晶磷酸化氧化锰具有不同于晶态氧化锰的性能。非晶磷酸化氧化锰在污水处理(重金属，放射性元素U吸附)中表现出优异的吸附性能，吸附量远远高出当前商业化使用的吸附材料(活性炭，四氧化三铁，蒙脱土等)。非晶磷酸化氧化锰用于污水处理还没有相关报道，因此，非晶磷酸化氧化锰的制备及其应用研究具有重要意义。非晶化合物的制备方法有多种，比如固相烧结法，此方法虽然简单，但是颗粒较大，成本高，并且在高于一定温度下就会发生相转变，由此可见，如何实现低成本、方法简单、高比表面积的磷酸化氧化锰制备方法尤为重要。从非晶磷酸化氧化锰材料的制备方法中，主要有固相烧结法、磁控溅射法、等离子体-化学气相沉积法等。由于传统的固相烧结法制备的非晶磷酸化氧化锰，虽然方法简单，但是颗粒较大(压纳米)，团聚严重，并且在高于一定温度下就会相转变。而对于磁控溅射法、等离子体-化学气相沉积法制备的磷酸化氧化锰成本高，制备程序繁琐。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种可以简单制备的多孔、高比表面积非晶磷酸化氧化锰材料的方法，制得的多孔、高比表面积非晶磷酸化氧化锰对重金属(Pb2+,Fe3+,Cr3+)以及放射性元素U吸附具有很好的吸附作用，以满足在重金属废水处理中的应用。一方面，本专利技术提供了一种多孔、高比表面积非晶磷酸化氧化锰材料的制备方法，包括：将磷源溶液滴入含有锰源的乙醇溶液中，得到含有白色沉淀的混合溶液；优选地，所述磷源为正磷酸、焦磷酸、磷酸二氢铵、磷酸铵和植酸中的至少一种，所述锰源为乙酸锰、氯化锰、硝酸锰中的至少一种；将所得含有白色沉淀的混合溶液在100～200℃下水热反应2～20小时，再经离心、洗涤和干燥，得到所述非晶磷酸化氧化锰材料。本专利技术将磷源溶液(正磷酸、焦磷酸、磷酸二氢铵、磷酸铵和植酸等)滴入含有锰源(例如，乙酸锰、氯化锰、硝酸锰等)的乙醇溶液中，其中锰源中锰离子在乙醇中的存在形式为-Mn-OH-，而磷源溶液中存在HPO42-或/和H2PO41-等离子。而且，-Mn-OH-会与HPO42-，H2PO41-结合，脱水，形成由锰氧的八面体(锰为八配位结构)和磷氧四面体(磷为四配位结构)通过氧桥结合的三维网络结构，由于磷氧四面体的存在，打破了原来有序的结构，因此使形成晶态的氧化锰发生一定程度无序化，得到白色沉淀MnPO材料。进一步地，将所得含有白色沉淀的混合溶液继续在100～200℃下水热反应2～20小时，此时-Mn-OH-与HPO42-、H2PO41-结合脱水后，会产生孔洞，导致其比表面积增大(这是就是磷源独特的地方)，再经过离心、洗涤、干燥，得到具有多孔、高比表面积的非晶磷酸化氧化锰材料。以乙酸锰和正磷酸作为示例，首先将一定量的乙酸锰加入到乙醇中，搅拌溶解，然后将一定量的磷酸加入到乙酸锰的乙醇溶液中，继续搅拌1-3小时，得到含有白色沉淀的混合溶液。将所得含有白色沉淀的混合溶液水热反应，在100～200℃下热处理2～20小时，将水热之后得到的白色物质经离心、洗涤和干燥，得到所述非晶磷酸化氧化锰材料。其中，乙酸锰在乙醇中的存在形式为-Mn-OH-，磷酸在水中的存在形式为H+和PO43-，HPO42-，H2PO41-。-Mn-OH-会与HPO42-，H2PO41-结合，脱水，形成由锰氧的八面体(锰为八配位结构)和磷氧四面体(磷为四配位结构)通过氧桥结合的三维网络结构，由于磷氧四面体的存在，打破了原来有序的结构，因此使形成晶态的氧化锰发生一定程度无序化，并且-Mn-OH-与HPO42-，H2PO41-结合脱水，会产生孔洞，导致其比表面积增大(这是就是磷源独特的地方)，再经过离心、洗涤、干燥，得到非晶磷酸化氧化锰材料。较佳地，所述锰源和乙醇的用量比为(1～8)g：(10～80)ml，优选为(2～5)g：(20～50)ml。在此范围内，二者充分溶解。较佳地，所述磷源溶液为含有磷源的水溶液，所述磷源溶液中磷源的质量含量为30～85wt％。又，较佳地，所述磷源溶液为70～85wt％的正磷酸水溶液、70～85wt％焦磷酸溶液和50～90wt％植酸溶液中的一种。又，较佳地，所述磷源溶液和乙醇的体积比为(0.1～5)：(10～80)，优选为(1～3)：(20～50)。在此范围内，所得非晶磷酸化氧化锰材料具有非晶结构。又，较佳地，所述锰源和磷源溶液的用量比为(1～8)g：(0.1～5)ml，优选为(2～5)g：(1～3)ml。在此范围内，所得非晶磷酸化氧化锰材料具有非晶结构。较佳地，所述水热处理的温度为120～160℃，时间为5～15小时。较佳地，所述滴入的速率为0.1～0.5ml/秒。本专利技术中，滴入的速率有一定的要求，其滴入太快则反应不均匀，容易形成大块体。较佳地，所述干燥为冷冻干燥法、真空干燥法、空气干燥法和超临界干燥法中的一种。较佳地，所述含锰源的乙醇溶液中还包括掺杂源，所述掺杂源为氯化铁、硝酸铁，氯化钴，硝酸钴、氯化铜、硝酸铜中的至少一种；优选地，所述掺杂源和磷源的质量比为1：(10～50)。另一方面，本专利技术还提供了一种根据上述的制备方法制备的多孔、高比表面积非晶磷酸化氧化锰材料，所述非晶磷酸化氧化锰材料的微观形态纳米尺度小球，粒径为10～40纳米，比表面积为200～500m2/g。再一方面，本专利技术还提供了一种如上所述的多孔、高比表面积非晶磷酸化氧化锰材料在重金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔、高比表面积非晶磷酸化氧化锰材料的制备方法，其特征在于，包括：将磷源溶液滴入含有锰源的乙醇溶液中，得到含有白色沉淀的混合溶液；优选地，所述磷源为正磷酸、焦磷酸、磷酸二氢铵、磷酸铵和植酸中的至少一种，所述锰源为乙酸锰、氯化锰、和硝酸锰中的至少一种；将所得含有白色沉淀的混合溶液在100～200℃下水热反应2～20小时，再经离心、洗涤和干燥，得到所述非晶磷酸化氧化锰材料。

【技术特征摘要】
1.一种多孔、高比表面积非晶磷酸化氧化锰材料的制备方法，其特征在于，包括：将磷源溶液滴入含有锰源的乙醇溶液中，得到含有白色沉淀的混合溶液；优选地，所述磷源为正磷酸、焦磷酸、磷酸二氢铵、磷酸铵和植酸中的至少一种，所述锰源为乙酸锰、氯化锰、和硝酸锰中的至少一种；将所得含有白色沉淀的混合溶液在100～200℃下水热反应2～20小时，再经离心、洗涤和干燥，得到所述非晶磷酸化氧化锰材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锰源和乙醇的比为（1～8）g：（10～80）ml，优选为（2～5）g：（20～50）ml。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述磷源溶液为含有磷源的水溶液，所述磷源溶液中磷源的质量含量为30～85wt%。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述磷源溶液为70～85wt%的正磷酸水溶液、70～85wt%焦磷酸溶液和30～70wt%植酸溶液中的一种。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述磷源溶液和乙醇的体积比为（0.1～5）：（10～80），优选为（1～3）：（20～50）。6.根据权利要求3-...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄富强，王鹏，赵伟，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31