一种缺陷型MnO制造技术

本发明专利技术提供一种缺陷型MnO

【技术实现步骤摘要】
一种缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及水系锌
‑
锰电池
、以及挥发性有机物去除
，特别是涉及一种缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]一方面，电子产品、规模储能的蓬勃发展，对高性能能量储存与转化装置提出了更高的要求。目前，二次电池是电子设备中不可或缺的一部分。然而，锂资源的日趋匮乏，锂离子电池的制造成本也逐渐攀高。再者，有机电解液的使用，也增添了一定的安全风险。水系锌
‑
锰电池因其高能量密度、高安全系数、高锌、锰储量，而受到广泛关注。
[0003]另一方面，随着现代化工产业的发展，挥发性有机物(VOCs)的危害日趋明显。作为常见VOCs之一，甲醛对普通人的威胁更为显著，这是由于日常家装均会使用到一些有机产品，里面含有甲醛；甲醛在室内散发，难以规避。因此，低浓度甲醛的高效去除，对人民的身体健康具有重要意义。
[0004]MnO2是常见的一种锌
‑
锰电池的电极材料，同时也是除贵金属催化剂之外，研究较多的一种碱金属氧化物催化剂，具有低成本的优势。然而，由于MnO2晶型的结构多样、制备条件各异，从而导致其性能差别较大。而且块状MnO2存在活性位点少、材料利用率低的问题，导致材料整体性能难以发挥。
[0005]鉴于此，现有的主流改进方法是将其低维化、多孔化以及复合化。低维化可以显著减小MnO2尺寸，增加其与甲醛或者锌离子的接触概率，同时缩短电子/离子传输路径，提高离子响应速率。材料多孔化同样能起到提升离子响应、增加活性位点的作用。与高电导率材料复合则可以缓解MnO2本征电导率不足的缺陷。但是，目前MnO2的改性方法通常选择模板法等多步骤进行，存在样品制备周期长、消耗大等问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料及其制备方法和应用，主要目的在于以简单、成本低廉、易于规模化放大生产的方法，制备出性能优异的缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料。
[0007]为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：
[0008]一方面，本专利技术的实施例提供一种缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0009]步骤1)制备出兰炭基活性炭；
[0010]步骤2)向含有KMnO4和助剂的溶液中加入所述兰炭基活性炭，在设定温度下进行反应设定时间，以在兰炭基活性炭上吸附沉积缺陷型MnO
X
，得到反应产物混合物；对所述反应产物混合物进行后处理后，得到缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料；其中，所述助剂用于调节MnO
X
的电子云密度，以调控MnO
X
的缺陷。
[0011]优选的，所述步骤1)包括：将兰炭粉与活化剂混合后，在惰性气氛中进行活化处
理；然后，将活化处理后的产物清洗至中性，干燥后得到兰炭基活性炭；优选的，所述活化处理的温度为700
‑
900℃；优选的，所述活化处理的时间为0.5
‑
4h。
[0012]优选的，在所述步骤1)中：所述兰炭粉的灰分＜0.5％；和/或所述兰炭粉为过200目筛的兰炭粉；和/或所述活化剂为酸、碱、金属氯盐中的一种或几种，优选为KOH、NaOH、H3PO4、ZnCl2、KHCO3、NaHCO3中的一种或几种；和/或所述兰炭粉和活化剂的质量比为1:3
‑
1:5，优选为1:4
‑
1:5。
[0013]优选的，所述兰炭基活性炭的比表面积为500
‑
1500m2/g，孔容为0.30
‑
0.81m3/g。
[0014]优选的，在所述步骤2)中：所述助剂为甲醇、氨水、过硫酸铵、草酸铵的一种或几种。
[0015]优选的，在所述步骤2)中：KMnO4与兰炭基活性炭的质量比为1:0.5
‑
1:3，优选为1:1
‑
1:2。
[0016]优选的，所述含有KMnO4和助剂的溶液的配制方法如下：将KMnO4溶解于溶剂中，得到KMnO4溶液；然后向KMnO4溶液中加入助剂或含助剂的溶液，得到所述含有KMnO4和助剂的溶液；优选的，所述溶剂选用水。
[0017]优选的，在所述步骤2)中：设定温度为室温
‑
180℃，优选为室温
‑
120℃；设定时间为3
‑
12h，优选为6
‑
10h。
[0018]优选的，所述后处理包括：对所述反应产物混合物进行过滤、清洗、干燥处理，得到缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料。
[0019]另一方面，本专利技术实施例提供一种缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料，其特征在于，所述缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料包括兰炭基活性炭和缺陷型MnO
X
；其中，所述缺陷型MnO
X
吸附沉积在所述兰炭基活性炭上；优选的，所述缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料上的MnOx负载量大于25％，优选为25
‑
38％。
[0020]优选的，所述缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料是由上述任一项所述的缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料的制备方法制备而成；
[0021]优选的，所述缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料用作锌
‑
锰电池的正极活性材料。
[0022]优选的，所述缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料用作甲醛催化氧化材料。
[0023]再一方面，本专利技术实施例提供一种锌
‑
锰电池，其中，所述锌
‑
锰电池的正极活性材料包括上述的缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料；优选的，所述锌
‑
锰电池的容量不低于300mAh/g。
[0024]再一方面，本专利技术实施例提供一种甲醛催化氧化材料，其中，所述甲醛催化氧化材料包括上述的缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料；优选的，所述甲醛催化氧化材料对甲醛的平均去除效率超过90％，优选超过95％。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的一种缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料及其制备方法和应用至少具有下列有益效果：
[0026]本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤1)制备出兰炭基活性炭；步骤2)向含有KMnO4和助剂的溶液中加入所述兰炭基活性炭，在设定温度下进行反应设定时间，以在兰炭基活性炭上吸附沉积缺陷型MnO
X
，得到反应产物混合物；对所述反应产物混合物进行后处理后，得到缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料；其中，所述助剂用于调控MnO
X
的缺陷。2.根据权利要求1所述的缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)包括：将兰炭粉与活化剂混合后，在惰性气氛中进行活化处理；然后，将活化处理后的产物清洗至中性，干燥后得到兰炭基活性炭；优选的，所述活化处理的温度为700
‑
900℃；优选的，所述活化处理的时间为0.5
‑
4h。3.根据权利要求2所述的缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中：所述兰炭粉的灰分＜0.5％；和/或所述兰炭粉为过200目筛的兰炭粉；和/或所述活化剂为酸、碱、金属氯盐中的一种或几种，优选为KOH、NaOH、H3PO4、ZnCl2、KHCO3、NaHCO3中的一种或几种；和/或所述兰炭粉和活化剂的质量比为1:3
‑
1:5，优选为1:4
‑
1:5。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述兰炭基活性炭的比表面积为500
‑
1500m2/g，孔容为0.30
‑
0.81m3/g。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中：所述助剂为甲醇、氨水、过硫酸铵、草酸铵的一种或几种。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的缺陷型MnO
X
‑
兰炭基活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中：KMnO4与兰炭基活性炭的质量比为1:0.5
‑
1:3，优选为1:1
‑
1:2；和/或所述含有KMnO4和助剂的溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡广涛，田哓冬，卢翠英，周丹丹，李国杰，
申请(专利权)人：榆林学院，
类型：发明
国别省市：