[发明专利]一种高纯度水钠锰矿材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种金属掺杂高纯度锰氧矿材料的制备方法及应用。该制备方法先将高锰酸钾溶解于去离子水中，再放在紫外灯光下光照搅拌一段时间后，加入脱稳剂，抽滤使固液分离，水洗多次，再进行冷冻干燥得到高纯度钙(钠、钾)锰氧矿材料。该材料制备工艺简单，无有毒有害物质加入和生成，环境友好。且之前未有人通过紫外光照还原高锰酸钾溶液得到锰氧化物，是一项全新的创新工艺。发明通过UV光照高锰酸钾的方式制备钙(钠、钾)锰氧矿，不需要添加二价锰盐，且该方法只生成钙(钠、钾)锰氧矿，无其他副产物生成，多余的高锰酸钾只存在于溶液中，容易通过简单方法分离，故本发明的生产全过程中均不易产生污染物。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种高纯度水钠锰矿材料的制备及应用。

背景技术

锰的用途非常广泛，主要应用于冶金工业，作为脱氧剂、脱硫剂及制造锰系合金，是钢中除铁外用量最大的元素。另外，在电池工业、陶瓷工业、化学工业等领域锰的作用也非常重要。锰的富集主要与火山沉积作用相关，锰主要来源于海底热液，通过热水沉积作用而成矿。氧化锰矿物在自然环境中主要可分为以下三种：层状构造、隧道构造和低价态氧化锰矿物。目前条件下，土壤环境中可以鉴别出来的只有为数不多的几种如水钠锰矿、水羟锰矿、羟锰矿和钙锰矿等常见的氧化锰矿，然而天然锰矿的纯度不高，在应用时受到一定限制。

锑是一种不可再生金属，总共有四种价态(-3、0、+3、+5)，后两者为环境中的主要价态。锑及其化合物广泛应用于各个工业领域，中国锑储量占世界总储量的66.2％，2010年中国锑产量(18.74万t)占世界总产量的89.3％，我国含锑废水主要源自锑矿采、选、冶等过程中排出。锑不是生物体的必需元素，具有积累毒性和致癌性，已被美国国家环保署(EPA)和欧盟(EU)列为优先控制，因此水污染中的锑污染问题不容忽视。

天然开采的水钠锰矿通常纯度不高，有引入其他杂质的风险。而目前商业化制备水钠锰矿通常采用归中反应制备，即高价锰盐(如高锰酸钾)与低价锰盐(如硫酸锰)反应形成四价锰，该方法需要精确的原料配比，否则容易造成原料浪费或生成副产物。

发明内容

本发明目的在于提出一种简单、容易操作的高纯度水钠锰矿材料制备方法。该方法利用光催化还原法，先将高锰酸钾溶解于去离子水中配制成0.1-1g/L，再放在紫外灯光下光照缓慢搅拌一段时间后，加入脱稳剂(氯化钙或氯化钠或氯化钾)，搅拌均匀后抽滤使固液分离，水洗多次，再进行冷冻干燥后即可得到高纯度水钠锰矿材料。

本发明提供的一种金属掺杂高纯度水钠锰矿材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、使用紫外光照射持续搅拌的高锰酸钾溶液，形成胶状锰氧化物溶液。

步骤二、在胶状锰氧化物溶液中加入脱稳剂并搅拌，形成絮状沉淀。

步骤三、将步骤二所得的絮状沉淀水洗后干燥，得到水钠锰矿材料。

作为优选，步骤一中所述的紫外光的光源采用高压汞灯、金卤灯或氙灯。

作为优选，步骤一中所述的紫外光的波长为320～420nm。

作为优选，步骤一中所述的高锰酸钾溶液的浓度为0.1～1g/L。

作为优选，步骤一中，紫外光的光源与高锰酸钾溶液液面的间距为15～30cm；高锰酸钾溶液的深度为2～8cm。

作为优选，步骤二中所述的脱稳剂采用氯化钙、氯化钠、氯化钾中的一种或多种。

作为优选，步骤二中所述的絮状沉淀通过真空抽滤分离得到。滤膜的孔径为0.22μm

作为优选，步骤三中所述的水洗重复进行多次。

作为优选，步骤三中的干燥方式通过冷冻干燥，冷冻干燥的时长为36～72小时，干燥温度为-40℃。