一种棒状纳米α-MnO2及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种纳米α‑MnO2的制备方法及催化应用，具体步骤为：1)磁力搅拌条件下溶解分析纯级高锰酸钾得A溶液；2)随后滴加稀硝酸溶液控制PH得B溶液；3)磁力搅拌条件下溶解分析纯级硫酸锰得到溶液C；4)在磁力搅拌条件下将溶液B逐滴滴加到溶液C中得到混合浑浊液D；5)循环水式真空泵反复抽滤并洗涤数次；6)抽滤后所得样品微波热处理600s；7)烘箱干燥后研磨最终获得纳米α‑MnO2催化剂。本发明专利技术纳米α‑MnO2的合成步骤简单，合成周期短，无需高温焙烧，不用经过水热处理方法的长时间保温处理以及溶胶凝胶的繁杂制备过程；此外，本方法合成的纳米α‑MnO2具有较好的纯度和均匀度。最终获得催化剂，在NH3存在条件下能具有良好的催化还原NOX性能。

Rod like nano alpha -MnO2 and preparation method and application thereof

The invention discloses a preparation method and catalytic application of nano alpha MnO2. The concrete steps are as follows: 1) dissolving and analyzing the pure grade Potassium Permanganate in A solution under magnetic stirring; 2) then adding dilute nitric acid to control PH to get B solution; 3) dissolving and analyzing pure grade manganese sulphate under magnetic stirring condition to obtain solution C; 4) under magnetic stirring condition The solution B was added to the solution C to get the mixed turbid liquid D; 5) the circulating water vacuum pump was repeatedly pumped and washed several times; 6) the sample was pumped by microwave heat treatment 600s; 7) after the drying oven was dried, the nano alpha MnO2 catalyst was finally obtained. The synthesis process of the nano alpha MnO2 is simple, the synthesis period is short, no high temperature calcination is needed, the long time heat preservation treatment and the complex preparation process of the sol-gel are not needed by the hydrothermal treatment. In addition, the nano alpha MnO2 synthesized by this method has good purity and uniformity. Finally, the catalyst can be used to catalyze the reduction of NOX in the presence of NH3.

【技术实现步骤摘要】
一种棒状纳米α-MnO2及其制备方法和应用
本专利技术属于材料科学
，具体涉及一种棒状纳米α-MnO2及其制备方法和应用。
技术介绍
二氧化锰晶体资源丰富、价格低廉、以[MnO6]八面体为基础，形成多种晶型结构。不同晶型的二氧化锰在催化、超级电容器、陶瓷和电子等领域具有广泛的应用。经过多年研究发现，二氧化锰主要有五种晶型结构，分别是α、β、γ、δ和λ，并且不同晶型结构的二氧化锰的物理和化学性能均有较大差异。纳米α-MnO2具有较大的比表面积和表面能，因此其中在催化领域的应用和研究最为广泛和深入。现如今纳米α-MnO2的合成制备主要有两种方法，分别是水热法和溶胶凝胶法。水热法是通过将混合反应物转移至反应釜中，通过长时间控制温度来形成所需晶型的二氧化锰。但是水热法合成纳米α-MnO2制备周期长，并且受限于反应釜容器容量，每次制备样品质量较少。此外，溶胶凝胶法制备过程较为繁琐，而且制备时间也较长。此两种合成方法具有一定的局限性，因此研究一种简易合成纳米α-MnO2的方法具有实际应用价值。纳米α-MnO2以[MnO6]八面体为基础结合成为2×2孔道结构，这些孔道结构提高了纳米α-MnO2的比表面积，使其具有较多的活性位点，因而表现出较好的催化性能，使得纳米α-MnO2在催化领域具有十分广阔的应用前景。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的目的是在于提供一种棒状纳米α-MnO2及其制备方法，本专利技术催化剂制备工艺流程简单、操作方便、成本低，无需反应釜水热处理，也无需经过溶胶凝胶的繁杂步骤，所制备的纳米α-MnO2成棒状，表面性质十分优异，具有优异的催化活性。本专利技术的另一个目的是提供由该制备方法制备的纳米α-MnO2作为低温选择催化还原NOX的应用。为实现本专利技术的目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种棒状纳米α-MnO2的制备方法，包括以下步骤：(1)将一定量分析纯的高锰酸钾溶于去离子水中，于室温条件下充分搅拌至完全溶解，得溶液A；(2)向溶液A中滴加0.1mol/L稀硝酸溶液，调节PH至6左右，继续搅拌均匀，得溶液B；(3)将分析纯级硫酸锰溶于去离子水中，在磁力搅拌器上于室温条件下充分搅拌至完全溶解，得溶液C；(4)在磁力搅拌条件下将溶液B逐滴滴加到溶液C中得到混合浑浊液D；(5)无需陈化，直接将混合浑浊液D通过循环水式真空泵抽滤；将所得滤饼转移至烧杯中，加入去离子水，在磁力搅拌器中充分溶解；(6)重复上述步骤(5)3-4次，最后用无水乙醇洗涤1-2次；(7)将滤饼转移至托盘中，置在微波炉中进行微波处理；微波处理的过程为：在微波功率600-800W下微波处理55s、暂停5s的程序重复处理10次，微波时间共计600s；(8)将微波处理后的样品转移至鼓风烘干箱中100℃干燥8-12h，之后研磨即得所述棒状纳米α-MnO2。其中，所述步骤(1)和(3)中高锰酸钾和硫酸锰的浓度均为0.1～0.5mol/L。所述步骤(4)中溶液B与溶液C的体积比为1:4-5:1。所述棒状纳米α-MnO2为中空结构，其径长为0.5-3μm，孔径为40-100nm，比表面积为400-600m2/g。另外，本专利技术还要求保护由所述方法制备得到的棒状纳米α-MnO2以及所述棒状纳米α-MnO2在低温选择催化还原NOX中的应用。相对于现有技术的SCR催化剂，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术利用高锰酸钾的强氧化还原性，首先形成热力学稳定存在的纳米α-MnO2晶体，然后通过稀释后的硝酸溶液和锰离子之间配位保护作用，提高纳米α-MnO2晶体的稳定性，最后利用微波快速热处理，在高频变换的微波能量场作用下，分子的运动有序进行，从而快速组装成棒状纳米α-MnO2；(2)本发制备合成纳米α-MnO2晶体所用周期短，不用通过水热法长时间保温处理，也不用通过溶胶凝胶的繁杂过程；制备合成纳米α-MnO2晶体产率高，无需高温焙烧，工艺简单，适合纳米α-MnO2晶体的大量制备；本专利技术所制得的是纳米α-MnO2晶体，纯度较高，具有良好的低温选择催化处理NOX效果。附图说明图1为实施例1纳米α-MnO2的XRD图；图2为实施例1纳米α-MnO2的SEM图。图3为本专利技术实施例1和对比例1-2催化剂活性评价结果图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例如无具体说明，采用的试剂市售化学试剂或工业产品。实施例1：一种棒状纳米α-MnO2的制备方法，包括以下步骤：(1)将一定量分析纯的高锰酸钾溶于去离子水中，于室温条件下充分搅拌至完全溶解，配置80ml浓度为0.1mol/L的高锰酸钾溶液A；(2)向溶液A中滴加0.1mol/L稀硝酸溶液，调节PH至6左右，继续搅拌均匀，得溶液B；(3)将分析纯级硫酸锰溶于去离子水中，在磁力搅拌器上于室温条件下充分搅拌至完全溶解，配置80ml浓度为0.2mol/L的硫酸锰溶液C；(4)在磁力搅拌条件下将溶液B逐滴滴加到溶液C中得到混合浑浊液D；(5)无需陈化，直接将混合浑浊液D通过循环水式真空泵抽滤；将所得滤饼转移至烧杯中，加入100mL去离子水，在磁力搅拌器中充分溶解；(6)重复上述步骤(5)4次，最后用无水乙醇洗涤2次；(7)将滤饼转移至托盘中，置在微波炉中进行微波处理；微波处理的过程为：在微波功率700W下微波处理55s、暂停5s的程序重复处理10次，微波时间共计600s；(8)将微波处理后的样品转移至鼓风烘干箱中100℃干燥10h，之后研磨即得所述棒状纳米α-MnO2。所述棒状纳米α-MnO2的XRD图和SEM图见图1、图2。实施例2：一种棒状纳米α-MnO2的制备方法，包括以下步骤：(1)将一定量分析纯的高锰酸钾溶于去离子水中，于室温条件下充分搅拌至完全溶解，配置80ml浓度为0.2mol/L的高锰酸钾溶液A；(2)向溶液A中滴加0.1mol/L稀硝酸溶液，调节PH至6左右，继续搅拌均匀，得溶液B；(3)将分析纯级硫酸锰溶于去离子水中，在磁力搅拌器上于室温条件下充分搅拌至完全溶解，配置80ml浓度为0.2mol/L的硫酸锰溶液C；(4)在磁力搅拌条件下将溶液B逐滴滴加到溶液C中得到混合浑浊液D；(5)无需陈化，直接将混合浑浊液D通过循环水式真空泵抽滤；将所得滤饼转移至烧杯中，加入100mL去离子水，在磁力搅拌器中充分溶解；(6)重复上述步骤(5)3次，最后用无水乙醇洗涤1-2次；(7)将滤饼转移至托盘中，置在微波炉中进行微波处理；微波处理的过程为：在微波功率800W下微波处理55s、暂停5s的程序重复处理10次，微波时间共计600s；(8)将微波处理后的样品转移至鼓风烘干箱中100℃干燥12h，之后研磨即得所述棒状纳米α-MnO2。实施例3：一种棒状纳米α-MnO2的制备方法，包括以下步骤：(1)将一定量分析纯的高锰酸钾溶于去离子水中，于室温条件下充分搅拌至完全溶解，配置80ml浓度为0.2mol/L的高锰酸钾溶液A；(2)向溶液A中滴加0.1mol/L稀硝酸溶液，调节PH至6左右，继续搅拌均匀，得溶液B；(3)将分析纯级硫酸锰溶于去离子水中，在磁力搅拌器上于室温条件下充分搅拌至完全溶解，配置80ml浓度为0.3mol/L的硫酸锰溶液C；(4)在磁力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种棒状纳米α‑MnO2的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将一定量分析纯的高锰酸钾溶于去离子水中，于室温条件下充分搅拌至完全溶解，得溶液A；(2)向溶液A中滴加0.1mol/L稀硝酸溶液，调节PH至6左右，继续搅拌均匀，得溶液B；(3)将分析纯级硫酸锰溶于去离子水中，在磁力搅拌器上于室温条件下充分搅拌至完全溶解，得溶液C；(4)在磁力搅拌条件下将溶液B逐滴滴加到溶液C中得到混合浑浊液D；(5)无需陈化，直接将混合浑浊液D通过循环水式真空泵抽滤；将所得滤饼转移至烧杯中，加入去离子水，在磁力搅拌器中充分溶解；(6)重复上述步骤(5)3‑4次，最后用无水乙醇洗涤1‑2次；(7)将滤饼转移至托盘中，置在微波炉中进行微波处理；微波处理的过程为：在微波功率600‑800W下微波处理55s、暂停5s的程序重复处理10次，微波时间共计600s；(8)将微波处理后的样品转移至鼓风烘干箱中100℃干燥8‑12h，之后研磨即得所述棒状纳米α‑MnO2；所述棒状纳米α‑MnO2为中空结构，其径长为0.5‑3μm，孔径为40‑100nm，比表面积为400‑600m

【技术特征摘要】
1.一种棒状纳米α-MnO2的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将一定量分析纯的高锰酸钾溶于去离子水中，于室温条件下充分搅拌至完全溶解，得溶液A；(2)向溶液A中滴加0.1mol/L稀硝酸溶液，调节PH至6左右，继续搅拌均匀，得溶液B；(3)将分析纯级硫酸锰溶于去离子水中，在磁力搅拌器上于室温条件下充分搅拌至完全溶解，得溶液C；(4)在磁力搅拌条件下将溶液B逐滴滴加到溶液C中得到混合浑浊液D；(5)无需陈化，直接将混合浑浊液D通过循环水式真空泵抽滤；将所得滤饼转移至烧杯中，加入去离子水，在磁力搅拌器中充分溶解；(6)重复上述步骤(5)3-4次，最后用无水乙醇洗涤1-2次；(7)将滤饼转移至托盘中，置在微波炉中进行微波处理；微波处理的过程为：在微波功率600-800W下微波处理55s、暂停5s的程序重复...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯林，
申请(专利权)人：深圳市晶特智造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44