[发明专利]一种钠锰氧化物微粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锰氧化物材料及其制备技术领域，尤其涉及一种钠锰氧化物微粉及其制造方法。

背景技术

钠锰氧化物是指在二氧化锰中嵌入有Na⁺的化合物，其中以水钠锰矿最为典型。天然的水钠锰矿是三价锰与四价锰共混形成的锰氧化物，一般为层状结构，化学式近似可描述为Na_4.1Mn₁₄O₂₈·9H₂O，而人工合成的钠锰氧化物，由于合成工艺与条件的不同，其晶体构造、化学组成及理化性质存在显著的差异。

随着研究开发工作的不断进步，人们发现钠锰氧化物在现代工农业领域具有新的应用前景。如将钠锰氧化物作为空气与水体的催化净化剂，能够有效去除甲醛、酚类等污染物，能对印染废水进行脱色处理，为空气净化和水处理提供一种廉价、环保、高效的处理方法。在农业领域，钠锰氧化物可作为土壤改良剂，其对土壤及水体沉积物中的许多微量元素有很强的吸附与固定能力，可调控土壤和水体中的营养元素与重金属、促进有机污染物的分解。作为新型离子交换材料，Na⁺可与环境中的Li⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、NH₄⁺和Ag⁺等阳离子进行离子交换，从而实现相关离子的富集或去除，如该技术用于盐湖吸附提锂工程，具有效率高、成本低、污染小的优势。在新能源材料行业，可将钠锰氧化物经特定工艺进一步处理后制成层状结构的水钠锰矿，有利于金属离子在层间嵌入和脱出,可以作为二次锂离子电池电极材料使用。将钠锰氧化物作为建筑行业的聚硫密封胶固化剂使用，其具有固化温和、固化速度受温度影响较小的优点。

目前制造钠锰氧化物的方法有水热合成、溶胶-凝胶合成、高温固相合成等。水热合成法一般是在酸性或碱性条件下对Mn²⁺进行氧化或对MnO₄^-进行还原以得到锰的+4价氧化物，并在含钠介质中通过两种途径实现Na⁺的嵌入；一种是在120℃～200℃温度下进行高温高压处理，另一种是将溶液在一定温度下保持数小时甚至数天；前者涉及高温高压，对设备要求高，不易实现规模化生产，后者耗时长，产物嵌钠效果不易重复、产品一致性差。溶胶-凝胶是生产超细微粉的有效方法，但需要经过“液相混合——反应——形成胶体——蒸发溶剂——固化烧结”等环节，存在工艺复杂、成本高、须选择不易残留的物质做原材料等缺陷。高温固相合成法一般是将锰氧化物与钠化合物进行固体混合，研磨并混匀后在氧化性气氛中于600℃～1000℃进行烧结数小时，后续进行粉碎得到所需材料。高温固相法产品的结晶度最高，但由于是固相反应，对混料均匀性要求高，固体颗粒研磨的越细小效果越好，否则会严重影响合成物的质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种比表面积大、结构蓬松、振实密度小、颗粒均匀的钠锰氧化物微粉，还相应提供一种合成温度低、工艺路线简单、反应时间短、生产效率高、生产成本低、原料易得的钠锰氧化物微粉的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种钠锰氧化物微粉，所述钠锰氧化物微粉的钠含量在5％以上(如无特别说明，所提及的百分数一般是指的质量分数)，该微粉的晶体构造与Na_0.55Mn₂O₄·1.5H₂O相吻合，具有结晶度低、表面呈皱褶状、蓬松多孔的结构特征，其粒度D₅₀为5～100μm(更优选为10～25μm)，振实密度为0.2～0.8g/cm³(更优选为0.2～0.6g/cm³)，其比表面积大于60m²/g。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述钠锰氧化物微粉的制备方法，包括以下步骤：在40℃～90℃的温度下，将可溶性二价锰盐溶液与氢氧化钠溶液连续并流加入到通入足量空气的反应釜中，控制反应体系的pH值在10.5以上，物料在反应釜内停留时间不少于4小时，充分反应后进行固液分离，水洗得到的黑色浆料，干燥后即得到钠锰氧化物微粉。