一种大孔铁酸锰的制备方法技术

本发明专利技术公开一种大孔铁酸锰的制备方法，属于纳米材料制造和化工领域。包括：(1)将作为氧化剂的硝酸锰和硝酸铁与二氧化硅胶体混合均匀，形成胶体溶液A；(2)将有机燃料加入到胶体溶液A中，超声分散，形成胶体溶液B；(3)加热胶体溶液B直至着火燃烧，燃烧产物用碱液刻蚀，然后洗涤、干燥，得到孔径为1～5μm的大孔铁酸锰。本发明专利技术采用溶液燃烧反应制备大孔铁酸锰材料，反应所需温度较低，且不需外加表面活性剂即可形成大孔结构，提供了一种工艺和设备简单、操作方便、反应温和、生产周期短的大孔铁酸锰合成的新途径。该方法制备的大孔铁酸锰具有密度低、渗透性好等特点，在涂层制造、催化、能量存储与转化等领域有良好的应用前景。

A preparation method of macroporous manganese ferrite

The invention discloses a preparation method of macroporous manganese ferrite, which belongs to the field of nanometer material manufacturing and chemical industry. It includes: (1) mixing manganese nitrate and iron nitrate as oxidant with silica colloid evenly to form colloidal solution A; (2) adding organic fuel into colloidal solution A to form colloidal solution B by ultrasonic dispersion; (3) heating colloidal solution B until ignition and combustion products are etched by alkali solution, and then washing and drying to obtain macroporous manganese ferrite with pore diameter of 1-5 microns. The invention adopts solution combustion reaction to prepare macroporous manganese ferrite material, which requires lower reaction temperature and can form macroporous structure without adding surfactant. It provides a new way of synthesizing macroporous manganese ferrite with simple process and equipment, convenient operation, mild reaction and short production cycle. The macroporous manganese ferrite prepared by this method has the characteristics of low density and good permeability. It has good application prospects in the fields of coating fabrication, catalysis, energy storage and conversion.

【技术实现步骤摘要】
一种大孔铁酸锰的制备方法
本专利技术属于纳米材料制造和化工领域，具体为一种大孔铁酸锰的制备方法。
技术介绍
铁酸锰(MnFe2O4)是一种具有尖晶石结构的铁氧体，广泛应用于磁性材料、工业催化、核磁共振技术、隐身技术、光催化和电储能等领域。近年来，有文献报道了，用水热法、溶剂热法、热分解法、化学共沉淀法、混合球磨法、爆轰法、超声波化学法、回流法等方法制备铁酸锰，但是这些方法或多或少存在工艺过程复杂、条件苛刻、能耗高、生产周期长、产量低等不足，不利于大批量生产。具体地，如下文所述：《化学工业与工程》2004年第2期公开了一篇《MnFe2O4纳米晶体的制备及表征》，论文分别采用低温共沉淀法、高温法和水热法制备MnFe2O4的纳米晶体。这三种方法制备的产物均为纳米粒子，分别存在反应时间较长、能耗较高、产量低等不足。《高压物理学报》2007年第2期公开了一篇《爆轰法制备纳米MnFe2O4粉体的实验研究》，论文将硝酸铁、硝酸锰、硝酸铵、油相(石蜡、凡士林、机油按照一定比例调和)、乳化剂等成分按照一定的化学计量混合成功地爆轰合成了纳米MnFe2O4粉体。该方法需要较多原料，增加了制造成本，另外爆轰法有一定的安全隐患。《稀有金属材料与工程》2008年增刊2公开了一篇《超声波化学法制备纳米尖晶石型铁酸锰》，论文首先用超声辐射MnCl2·4H2O、FeCl3·6H2O和脲得到前驱体，再在950℃烘15h制得纳米铁酸锰粉末。该方法需要使用超声设备，增加了设备投入，高温煅烧时间较长，增加了生产能耗。《半导体光电》2016年第6期公开了一篇《多元醇混合水热法合成MnFe2O4磁性粉体及磁性研究》，文章采用多元醇混合水热法，以氯化锰、硝酸铁作为原料，以氢氧化钠为矿化剂，TERG作为分散剂，制备出铁酸锰纳米磁性粉体。该方法需要使用分散剂，且产量不高，不适合批量生产。《无机材料学报》2014年第7期公开了一篇《溶剂热法合成不同形貌MnFe2O4纳米颗粒及其在污水处理中的应用》，文章采用溶剂热法合成MnFe2O4纳米颗粒，将FeSO4和MnSO4溶解在乙二醇中，并快速搅拌形成均匀的混合溶液。然后添加不同含量的CTAB和氢氧化钠溶液，经过30min搅拌，将混合溶液转移到聚四氟乙烯做内衬的不锈钢反应釜中密封。在200℃高压蒸汽加热24h后自然冷却至室温。最后通过离心、洗涤、真空干燥，获得试样。该方法不仅需要使用表面活性剂CTAB，而且还要在在200℃加热24h，反应时间较长。《材料导报》2008年第10期公开了一篇《用鸡蛋蛋清作络合剂制备MnFe2O4尖晶石铁氧体的方法》，文章介绍了一种以新鲜蛋清蛋白为络合剂，用溶胶-凝胶法制备红棕色粉末，然后将粉末在400～800℃下焙烧3～7h，并用冰水混合物淬火，经洗涤后，烘干即得MnFe2O4样品。该方法需要使用鸡蛋蛋清，且煅烧温度较高，因此，生产成本和能耗将会大大增加。《SensorsandActuatorsB:Chemical》2015年第12期公开了一篇《SynthesisandcharacterizationofMnFe2O4nanoparticlesforimpedometricammoniagassensor》，文章中首先硝酸铁、硝酸锰和甘氨酸为溶于水，然后加入到四甘醇中，在80℃干燥脱水得到干胶，最后在300℃加热干胶得到泡沫状粉末，经研磨得到粒径为30～35nm的MnFe2O4纳米粒子。该方法分为两步完成，且反应中使用有机溶剂四甘醇，燃烧产生的尾气对环境有一定的影响，另外产物的形貌与本专利技术也不同。中国专利CN201310481563.2公开了一种空心球形纳米铁酸锰的制备方法。铁酸锰空心球的制备方法包括将锰盐、铁盐加入到乙二醇溶液中，再加入聚乙二醇，进行溶剂热反应，再进行分离洗涤煅烧等步骤之后，研磨可得。该方法用溶剂热法合成铁酸锰空心球，铁酸锰的产量较低，不适合连续工业化生产。中国专利CN200810064942.0公开了一种种子-水热法制备棒状尖晶石锰铁氧体的方法。该方法首先合成棒状Mn2O3，然后以其为种子，在水热条件下反应12～15h合成MnFe2O4铁氧体。该方法工艺相对复杂，且反应时间较长，另外产物为棒状结构。中国专利CN201610058539.1公开了一种MnFe2O4纳米磁性材料的制备方法，按特定量称取二价锰盐样品、三价铁盐样品，采用二苄醚作为溶剂并加入油胺和油酸形成混合液后，对混合液进行加热，加热过程在N2气氛保护下进行，可获得微观上呈对称结构的MnFe2O4磁性纳米材料。该工艺使用二苄醚、油胺和油酸混合液作为溶剂，增加了生产成本，且反应需在N2气氛保护下进行，条件苛刻，不利于实际工业化生产。中国专利CN201610451559.5公开了一种多孔MnFe2O4纳米材料的制备方法，是通过溶剂热法以柠檬酸钠为表面活性剂，合成孔径为3-5μm的多孔结构材料。将FeSO4和MnSO4溶解在乙二醇中，并搅拌形成均匀的混合溶液后，加入柠檬酸钠后经过搅拌30min后，将均匀混合溶液转移到高压反应釜中，在180℃下保持30h，冷却过滤分离，乙醇洗涤，室温下干燥，即得多孔结构的MnFe2O4纳米晶体。该方法以乙二醇为溶剂，在180℃下经30h反应，时间较长，且产量不高，不利于大批量生产。中国专利CN201610812319.3公开了一种介孔铁酸锰类芬顿催化剂及其制备方法，利用KIT-6作为硬模板剂来合成介孔状铁酸锰催化剂。该方法需要使用模板剂，这给样品的后处理带来了麻烦，导致了工艺步骤的增加，此外合成的产物为介孔结构。
技术实现思路
为解决现有技术存在的反应时间较长、能耗较高、产量低的缺陷，本专利技术致力于提供一种工艺和设备简单、操作方便、反应条件温和、生产周期短、可以批量生产的大孔铁酸锰的方法。一种大孔铁酸锰的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1：以硝酸锰和硝酸铁为氧化剂，将其溶于水中，随后在溶液中加入二氧化硅胶体，超声分散均匀，形成胶体溶液A；步骤2：将有机燃料加入到所述胶体溶液A中，超声分散，形成胶体溶液B；步骤3：加热所述胶体溶液B直至胶体溶液着火燃烧；步骤4：待火焰熄灭、自然冷却后，用蒸馏水洗涤反应后的固体产物，然后用碱液刻蚀固体产物；步骤5：收集所述刻蚀后的固体产物，并用水洗涤至pH值接近中性，再用乙醇洗涤，最后干燥得到大孔铁酸锰。所述步骤1中的胶体溶液A中二氧化硅与水的体积比为0～1:10。所述步骤2中胶体溶液B中的硝酸锰、硝酸铁和有机燃料的摩尔比为1:2:1.5～5。所述步骤2中的有机燃料为柠檬酸、脯氨酸、葡萄糖、抗坏血酸中的一种。所述步骤3中燃烧的反应温度为250～400℃，优选为300℃。所述步骤4中的碱液为NaOH或KOH中的一种，所述碱液刻蚀的温度为80℃。所述步骤5中干燥的温度为60～110℃，优选为80～100℃。有益效果：(1)本专利技术的方法不需模板和表面活性剂的参与，而是直接用硝酸锰和硝酸铁为氧化剂、有机燃料为还原剂和二氧化硅构建胶体溶液，然后加热引发反应，经后处理得到大孔MnFe2O4，节约能源；(2)本专利技术提供的工艺和设备简单、操作方便、反应条件温和、生产周期短、可以批量生产的大孔铁酸锰。(3)所制备的MnFe2O4材料呈大孔状结构，孔径在1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大孔铁酸锰的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1：以硝酸锰和硝酸铁为氧化剂，将其溶于水中，随后在溶液中加入二氧化硅胶体，超声分散均匀，形成胶体溶液A；步骤2：将有机燃料加入到所述胶体溶液A中，超声分散，形成胶体溶液B；步骤3：加热所述胶体溶液B直至胶体溶液着火燃烧；步骤4：待火焰熄灭、自然冷却后，用蒸馏水洗涤反应后的固体产物，然后用碱液刻蚀固体产物；步骤5：收集所述刻蚀后的固体产物，并用水洗涤至pH值接近中性，再用乙醇洗涤，最后干燥得到大孔铁酸锰。

【技术特征摘要】
1.一种大孔铁酸锰的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1：以硝酸锰和硝酸铁为氧化剂，将其溶于水中，随后在溶液中加入二氧化硅胶体，超声分散均匀，形成胶体溶液A；步骤2：将有机燃料加入到所述胶体溶液A中，超声分散，形成胶体溶液B；步骤3：加热所述胶体溶液B直至胶体溶液着火燃烧；步骤4：待火焰熄灭、自然冷却后，用蒸馏水洗涤反应后的固体产物，然后用碱液刻蚀固体产物；步骤5：收集所述刻蚀后的固体产物，并用水洗涤至pH值接近中性，再用乙醇洗涤，最后干燥得到大孔铁酸锰。2.根据权利要求1所述的一种大孔铁酸锰的制备方法，其特征在于：步骤1中所述的胶体溶液A中二氧化硅与水的体积比为0～1:10。3.根据权利要求1所述的一种大孔铁酸锰的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的胶体溶液B中的硝酸锰、硝酸铁和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李中春，顾爱军，贺香红，黄光华，张宏根，黄建军，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32