[发明专利]合成具有斜方锰矿晶体结构的纳米尺寸的二氧化锰的方法、使用二氧化锰生成来自氢氧离子的质子、电子以及氧的方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成具有斜方锰矿晶体结构的二氧化锰的方法和使用该二氧化锰生成来自氢氧离子的质子、电子以及氧的方法。

背景技术

在二氧化锰(化学式MnO₂)中存在α、β、E、γ、δ、r、以及λ型的晶体结构，依据各自的晶体结构，而具有物理性、化学性不同的性质。其中，r型被称作斜方锰矿晶体结构，晶体结构学上具有斜方晶型的结构。具有该斜方锰矿晶体结构的二氧化锰在水中相对于金络离子或钯络离子显示吸附性，因此，为用于资源回收或催化合成的有效的功能性材料。(例如，参照专利文献1、2以及3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-263615号公报

专利文献2：日本特开2009-106924号公报

专利文献3：日本特开2007-238424号公报

非专利文献

非专利文献1：Suetsugu，K等，TOSOH Research  &Technology Review 49、21-27(2005).

发明内容

发明要解决的课题

但是，在专利文献1以及2中的具有斜方锰矿晶体结构的二氧化锰的合成方法中，虽然通过反应性较高的纳米粒子而得到，但是也需要烧成碳酸锰粉末并进行酸处理，所以需要处理固体粉末和酸液体，因此在具有斜方锰矿晶体结构的二氧化锰的工业化的大量合成中在成本上存在问题。另外，明确可知具有斜方锰矿晶体结构的二氧化锰在水中如前述那样对金络离子或钯络离子显示吸附性，但是，带来这些功能性的基本反应尚不明确。

另外非专利文献1中报道的合成方法为使用一般的电解析出法的方法，为了高纯度地合成具有斜方锰矿晶体结构的二氧化锰而需要17天，或者如上述那样，需要处理固体粉末和酸液体。这些均具有成本上、制造效率上的问题。

因此，本申请发明鉴于上述的现有技术中的问题，其课题在于提供能够工业化廉价地大量合成具有斜方锰矿晶体结构的二氧化锰的合成方法，使用该二氧化锰，用于从水中吸附回收金络离子或钯络离子的基本反应即生成来自氢氧离子的质子、电子以及氧的方法。

为了解决课题的手段

本发明的特征如下。

本发明的二氧化锰的合成方法的特征在于，所述合成方法为一系列的湿式多段氧化工艺，所述湿式多段氧化工艺包括如下的步骤：在含有二价锰的锰化合物的水溶液中添加碱试剂使氢氧化锰析出的步骤1；一边将所述水溶液的水温保持为室温一边添加过氧化氢溶液，将所述氢氧化锰转换为氧化锰的步骤2；在水共存的状态下，在所述氧化锰中加入稀酸得到具有斜方锰矿晶体结构的纳米尺寸的二氧化锰的步骤3。

在该二氧化锰的合成方法中，优选含有二价锰的锰化合物为氯化锰或者硫酸锰。

另外，本发明的二氧化锰的合成方法的特征在于，在步骤3结束后，在纳米尺寸的二氧化锰中添加含有二价锰的锰化合物的水溶液并加热。

在该二氧化锰的合成方法中，优选含有二价锰的锰化合物的水溶液的液体性质为酸性。

另外，在该二氧化锰的合成方法中，优选含有二价锰的锰化合物为氯化锰或者硫酸锰。

另外，本发明的二氧化锰通过所述的合成方法而合成的二氧化锰，其特征在于，所述二氧化锰具有斜方锰矿晶体结构，为粒径1～15nm的纳米粒子。

进而，本发明的二氧化锰为通过所述的合成方法而合成的二氧化锰，其具有斜方锰矿晶体结构，是长度为150nm以上、粗度(日文：太さ)为20nm以上的粒子。

本发明的具有斜方锰矿晶体结构的二氧化锰的晶体生长方法的特征在于，在具有斜方锰矿晶体结构的纳米尺寸的二氧化锰中添加含有二价锰的锰化合物的水溶液并加热，从而使所述二氧化锰进行晶体生长。

在具有该斜方锰矿晶体结构的二氧化锰的晶体生长方法中，优选含有二价锰的锰化合物的水溶液的液体性质为酸性。

另外，在具有该斜方锰矿晶体结构的二氧化锰的晶体生长方法中，优选含有二价锰的锰化合物为氯化锰或者硫酸锰。

本发明的来自氢氧离子的质子生成方法的特征在于，将具有斜方锰矿晶体结构的纳米尺寸的二氧化锰配合在水中，从而从水中含有的氢氧离子生成质子。

在该来自氢氧离子的质子生成方法中，优选水的pH为4.5～10的范围。

本发明的来自氢氧离子的电子的充电方法的特征在于，将具有斜方锰矿晶体结构的纳米尺寸的二氧化锰配合在水中，从而将来自水中含有的氢氧离子的电子充电到该二氧化锰表面。