液相法制备高纯四氧化三锰的研究

发布时间：2018-02-15 03:05

  本文关键词： 硫酸锰 液相氧化 高纯四氧化三锰 粒径　出处：《广西大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：四氧化三锰作为一种重要的无机功能材料,被广泛地应用于催化活性成分、电磁材料、电化学以及空气净化等领域。近年来,随着环保意识提高,绿色能源汽车的兴起,对锂离子动力电池的各项性能要求逐步提高,锂离子电池正极材料LiMn2O4的纯度及粒度大小,对锂离子电池反复使用后的充放电容量有较大影响,而四氧化三锰是制备LiMn2O4的优质原料。因此,研究制备具有一定粒度大小的高纯四氧化三锰具有十分重要的意义。本文使用硫酸锰和氢氧化钠为原料,空气为氧化剂,采用液相氧化一步法制备高纯四氧化三锰,研究了不同工艺条件及添加剂对四氧化三锰纯度及粒度的影响和规律。通过单因素实验和正交实验,考察了反应时间、空气流量、搅拌速率、硫酸锰浓度、反应温度、碱锰摩尔比、干燥温度及干燥时间等工艺条件对四氧化三锰纯度的影响。结果表明,在硫酸锰浓度0.40 mol/L,碱锰摩尔比2,搅拌速率300 r/min,空气流量13.33 L/min,反应温度65℃,反应时间7 h,干燥温度110℃及干燥时间3h的条件下,获得的四氧化三锰产物的锰含量为71.51%。对影响四氧化三锰产物粒径大小的因素进行了研究和分析。结果表明：四氧化三锰产物的粒径随硫酸锰浓度、搅拌速率、空气流量和碱锰摩尔比的增加而减小,随反应温度升高而增大,随反应时间的延长粒径呈现先增大后略微下降的趋势。在硫酸锰浓度0.40 mol/L,碱锰摩尔比为2,搅拌速率为200 r/min,空气流量13.33 L/min,反应温度80℃,反应时间8 h,添加5g晶种,陈化24h的条件下制备出的四氧化三锰产物平均粒径为5.41μm,锰含量为71.04%。研究了乙醇、乙二醇、甘油、三乙醇胺、乙酸钠、草酸钠、酒石酸钠和EDTA-2Na八种添加剂对四氧化三锰粒径、锰含量的变化趋势的影响。结果表明：羟基和羧基均具有分散四氧化三锰颗粒的作用,随着羟基或羧基数量的增加,分散效果加强。乙醇能有效减少被四氧化三锰包裹的硫酸锰的质量,同时水合作用和氢键影响较小,颗粒团聚生长现象少,使生成的小颗粒能与氧气充分接触并发生氧化反应,有利于提高四氧化三锰产物的纯度。在硫酸锰浓度0.40 mol/L,碱锰摩尔比2,搅拌速率200 r/min,空气流量13.33 L/min,反应温度80℃,添加30%乙醇、5g晶种,反应8 h,反应结束后陈化24 h的条件下制备获得四氧化三锰产物总锰含量为71.82%,平均粒径约为6.35 μm。 XRD分析产物样品未检测到杂峰,其扫描特征峰与四氧化三锰的标准图谱匹配。
[Abstract]:Manganese trioxide, as an important inorganic functional material, has been widely used in the fields of catalytic active components, electromagnetic materials, electrochemistry and air purification. The performance requirements of lithium ion battery are improved gradually. The purity and particle size of the cathode material LiMn2O4 have great influence on the charge and discharge capacity of lithium ion battery after repeated use. Therefore, it is very important to study the preparation of high purity manganese tetroxide with certain particle size. In this paper, manganese sulfate and sodium hydroxide are used as raw materials and air as oxidant. High purity manganese trioxide was prepared by one step method of liquid phase oxidation. The effects of different technological conditions and additives on the purity and particle size of manganese trioxide were studied. The reaction time and air flow rate were investigated by single factor experiment and orthogonal experiment. The effects of stirring rate, manganese sulfate concentration, reaction temperature, molar ratio of alkali to manganese, drying temperature and drying time on the purity of manganese trioxide were studied. Under the conditions of manganese sulfate concentration 0.40 mol / L, alkali manganese molar ratio 2, stirring rate 300 r / min, air flow rate 13.33 L / min, reaction temperature 65 鈩，

本文编号：1512274