[发明专利]一种片状红磷锰矿的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种片状红磷锰矿的制备方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

红磷锰矿具有硬度高、热稳定性和抗磨性好等优点，广泛用于齿轮、曲轴、武器零件和螺纹管等生产工业，且在材料防腐方面具有非常好的性能。在催化剂和化学电源领域方面，磷酸锰盐也有较为广阔的应用。

1911年，英国Richards申请了第一个含磷锰化的专利。1914年，美国Parker公司采用帕卡濑精法(Parkerizing)将铁、锰溶于磷酸中制成了Parco粉剂。目前，多用在水热下进行模拟地矿反应制备红磷锰矿型磷酸盐。吴小园等采用MnCl₂和H₃PO₄混合溶液调节至一定pH后，在180℃热液反应5天生成红磷锰矿。

高温高压下热液合成红磷锰矿型磷酸盐须在体积较小的高压釜中进行，单次合成样品量少，且高温高压反应对设备要求高、能耗大、时间长，难以满足其广泛应用的需要。

发明内容

本发明提出一种超声波和油胺协同作用下制备片状红磷锰矿的方法及产物。通过加入表面活性剂油胺，在超声波辅助下，使用控制结晶沉淀法合成所需的片状红磷锰矿。

本发明的目的在于提高一种片状红磷锰矿的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）共沉淀反应底液的配制：2~6g/L的比例将油胺溶于蒸馏水中作为底液，调节底液pH至5.0-7.0。

（2）超声波辅助下的共沉淀：配制MnSO₄与H₃PO₄混合溶液A，混合溶液A中MnSO₄的浓度为0.5~2mol/L，H₃PO₄的浓度为0.5~2mol/L，配制浓度为0.2～3mol/L氨水；将混合溶液A与氨水按体积比1:1的比例同时滴入底液中，同时以超声波空化作用和分散作用辅助，超声功率在600～1800W每升溶液，控制反应体系的pH值为5.0～7.0、温度为40～80℃，反应时间5~8h得到红磷锰矿纳米片。

（3）洗涤干燥：用蒸馏水将合成的红磷锰矿洗涤至中性，放入干燥箱中干燥，保持干燥箱中的温度为50～100℃，产物即为红磷锰矿。

超声波是一种机械波，在液体介质传播过程中它引起媒质分子以其平衡位置为中心的振动，媒质受到的作用力足够大，分子间的平均距离就会增大到超过极限距离，从而破坏液体结构的完整性，导致出现空腔和空穴，但这些空穴在相继而来的声波正压下又将向内压缩，其结果是一些空化泡将进入持续震荡阶段，而另一些空化泡将完全崩溃。当这些微小的气泡破裂时，产生瞬间的高温、高压，形成所谓的“热点”，产生强烈的冲击波，对共沉淀过程起到明显的加速作用，使晶格生长完整，得到颗粒结晶度更高；另一方面超声波使液体出现湍流的力学特性，降低扩散阻力，同时使固体表面膜破坏，加速了传质过程，大大提高了产物的收率。同时能更好地改善颗粒的尺寸和空间分布。最终达到均匀分散的目的。

油胺作为控形剂，在形核时附着于新形成的颗粒表面，阻止其进一步长大，也能起到控形作用，使其在长大过程中择优生长，最终形成单晶纳米片。

本发明的有益效果：

（1）本发明用较为简单、易于操作的方法得到所需片状红磷锰矿产物，所需二价锰盐原料较为廉价，且反应条件温和。

（2）该反应过程所需时常短，同时可以对反应过程pH进行随时监控。

（3）制备过程简单易控，所需仪器设备要求低，能耗及污染少，可用于大规模工业化生产，以制备催化剂和化学电源材料。

（4）所制得的红岭锰矿为单晶结构，缺陷少，结晶完整，相对于热液合成的无定型结构，可以极大提高材料力学性能。同时，油胺作为表面活性剂的加入，使得红磷锰矿长成片状形态，有利于在表面展开，从而利于被保护表面的遮蔽，对材料的防腐起到重要的保护作用。另一方面，片状结构的晶体表面积大，作为催化剂使用时，可加大材料的接触面积，加速催化作用。

附图说明

图1为本发明实施例1红磷锰矿锰矿XRD图。

图2为本发明实施例1红磷锰矿纳米片SEM图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1

（1）共沉淀反应底液的配制：按2g/L的比例将油胺溶于蒸馏水中作为底液，调节底液pH至7.0，倒入500ml的反应釜中。