一种高稳定性非晶硅酸锰的制备方法

摘要

本发明公开了一种高稳定性非晶硅酸锰的制备方法，包括以硅酸钠和氯化锰为原料，经沸水处理制备得到非晶硅酸锰粉体的步骤；以及将非晶硅酸锰粉体与葡萄糖混合，在600‑700℃进行反应的步骤。本发明的非晶硅酸锰的制备方法，反应时间短，反应温度低，生产效率高，适于大量生产。制备的非晶硅酸锰材料，其纯度高，非晶结构稳定性高。

权利要求

1.一种非晶硅酸锰的制备方法，其特征在于，包括以硅酸钠和氯化锰为原料，将氯化锰和硅酸钠分别溶于去离子中水，在搅拌作用下，将氯化锰和硅酸钠溶液混合均匀，将混合液加热煮沸得到非晶硅酸锰粉体的步骤；以及将非晶硅酸锰粉体与葡萄糖混合，在600-700℃进行反应的步骤；

所述沸水处理制备非晶硅酸锰粉体的具体方法为：将硅酸钠和氯化锰分别用去离子水溶解获得均匀溶液；在搅拌作用下，将氯化锰溶液缓慢加入到硅酸钠溶液中，形成混合液；

将混合液加热煮沸，保持2-8小时，洗涤产物，烘干，即得非晶硅酸锰粉体。

2. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，硅酸钠和氯化锰的摩尔比为1: 1。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，沸水处理的时间为2-8小时。

4. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，非晶硅酸锰粉体与葡萄糖的质量比为

1: 0.3-1。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，非晶硅酸锰粉体和葡萄糖混合反应的具体方法为：将葡萄糖用去离子水溶解，然后与非晶硅酸锰粉体混合均匀，经120℃烘干后放入管式炉中在氮气气氛保护于600～700℃反应5小时后，自然冷却至室温。

6.权利要求1至5任一项所述的制备方法制备得到的非晶硅酸锰。

7.权利要求6所述的非晶硅酸锰在作为氧载体、催化剂或锂离子电池负极材料中的用途。

说明书

一种高稳定性非晶硅酸锰的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高稳定性非晶硅酸锰的制备方法，属于无机材料制备技术领域。

背景技术

[0002] 非晶材料具有长程无序、短程有序以及宏观各向同性等特点，表现出一些特殊的物理化学性能，如多孔结构、比表面积较大、良好的机械性能和软磁性能，以及光学特性等，已广泛应用于诸多领域，如太阳能电池、永磁薄膜材料、超导材料、敏感功能材料等。

[0003] 根据最近的研究报道，非晶材料由于具有均匀而疏松的结构，有利于锂离子扩散迁移，并可容纳充放电过程中的体积膨胀，松弛应力，同时还可产生电容性储能，因此在锂离子电池、超级电容器等新能源领域的应用引起了极大的关注。

[0004] 硅酸锰材料在自然界中储量丰富，环境友好，且工业化应用广泛，如用作氧载体为化学链燃烧提供脱耦合的氧，提高与甲烷的反应活性；作为臭氧催化剂降解饮用水中的对氯硝基苯；作为通用平台合成纳米级的催化剂；用作锂离子电池负极材料等。

[0005] 但是目前非晶材料的制备过程复杂，合成难度大、周期长，不仅成本高，而且易产生其它杂质。因此如何以低的成本，简单高效地大量制备非晶材料是目前面临的一个挑战。而且现有技术中还未有关于高稳定性非晶硅酸锰制备的报道，因此，开发一种高效制备高稳定性非晶硅酸锰材料的方法，对于硅酸锰材料的进一步应用具有重要的意义。

发明内容

[0006] 针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种高稳定性非晶硅酸锰的制备方法。该制备方法的反应过程简单，效率高，制备的非晶硅酸锰材料纯度高，非晶结构稳定。

[0007] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

[0008] 一种高稳定性非晶硅酸锰的制备方法，包括以硅酸钠和氯化锰为原料，经沸水处理制备得到非晶硅酸锰粉体的步骤；以及将非晶硅酸锰粉体与葡萄糖混合，在600-700℃进行反应的步骤。

[0009] 上述制备方法中，硅酸钠和氯化锰的摩尔比为1:1。

[0010] 上述制备方法中，沸水处理的时间为2-8小时。

[0011] 上述制备方法中，非晶硅酸锰粉体与葡萄糖的质量比为1:0.3-1。

[0012] 上述制备方法中，作为优选的方案，沸水处理制备非晶硅酸锰粉体的具体方法为：将硅酸钠和氯化锰分别用去离子水溶解获得均匀溶液；在搅拌作用下，将氯化锰溶液缓慢加入到硅酸钠溶液中，形成混合液；将混合液加热煮沸，保持2-8小时，洗涤产物，烘干，即得非晶硅酸锰粉体。

[0013] 上述制备方法中，作为优选的方案，非晶硅酸锰粉体和葡萄糖混合反应的具体方法为：将葡萄糖用去离子水溶解，然后与非晶硅酸锰粉体混合均匀，经120℃烘干后放入管式炉中在氮气气氛保护于600～700℃反应5小时后，自然冷却至室温。

[0014] 上述方法制备的非晶硅酸锰材料，非晶结构稳定性高，即使在700℃高温条件下也不会产生晶相。

[0015] 本发明的有益效果：

[0016] (1)本发明的非晶硅酸锰的制备方法，反应过程简单，副产物易清洗去除。

[0017] (2)本发明的非晶硅酸锰的制备方法，反应时间短，反应温度低，生产效率高，适于大量生产。

[0018] (3)本发明制备的非晶硅酸锰材料，其纯度高，非晶结构稳定性高。

附图说明

[0019] 图1是实施例1、8、10制得非晶硅酸锰的X-射线衍射图；

[0020] 图2是实施例2制得晶相复合硅酸锰的X-射线衍射图；

[0021] 图3实施例3制得非晶硅酸锰的X-射线衍射图；

[0022] 图4实施例4、9、11制得非晶硅酸锰的X-射线衍射图；

[0023] 图5实施例5制得结晶硅酸锰的X-射线衍射图；

[0024] 图6实施例12制得非晶硅酸锰的X-射线衍射图；

[0025] 图7实施例13制得晶相硅酸锰的X-射线衍射图。

具体实施方式

[0026] 结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

[0027] 实施例1：

[0028] 通过硅酸钠和氯化锰反应制备非晶硅酸锰。取7.55g氯化锰和10.85g硅酸钠分别在50mL去离子中水溶解。在搅拌作用下，将氯化锰溶液缓慢加入到硅酸钠溶液中，混合均匀。将混合液加热煮沸，保持4小时，冷却至室温，用去离子水清洗产物3次，再在120℃烘干，获得5.0g深棕色粉末，产率和纯度接近100％。根据X-射线衍射图谱分析(如图1所示)，产物为非晶硅酸锰。

[0029] 实施例2：

[0030] 称取实施例1中制备的深棕色粉末1.0g在管式炉中氮气气氛下加热到600℃保温5小时，冷却至室温，获得黑色粉末。根据X-射线衍射图谱分析(如图2所示)，产物为晶相复合硅酸锰Mn2+Mn3+6SiO12(JCPDS 41-1367)。

[0031] 实施例3：

[0032] 称取实施例1中制备的深棕色粉末1.5g和1.05g葡萄糖，加去离子水溶解葡萄糖并搅拌混合均匀，经120℃烘干后放入管式炉中在氮气气氛保护于600℃反应5小时后自然冷却至室温，获得黑色粉末。根据X-射线衍射图谱分析(如图3所示)，产物为非晶硅酸锰。

[0033] 实施例4：

[0034] 称取实施例1中制备的深棕色粉末1.5g和1.05g葡萄糖，加去离子水溶解葡萄糖并搅拌混合均匀，经120℃烘干后放入管式炉中在氮气气氛保护于700℃反应5小时后自然冷却至室温，获得黑色粉末。根据X-射线衍射图谱分析(如图4所示)，产物为非晶硅酸锰。

[0035] 实施例5：

[0036] 称取实施例1中制备的深棕色粉末1.5g和1.05g葡萄糖，加去离子水溶解葡萄糖并搅拌混合均匀，经120℃烘干后放入管式炉中在氮气气氛保护于800℃反应5小时后自然冷却至室温，获得黑色粉末。根据X-射线衍射图谱分析(如图5所示)，产物为结晶硅酸锰(MnSiO3,JCPDS 29-0895)。

[0037] 实施例6：

[0038] 称取实施例1中制备的深棕色粉末1.5g和1.5g葡萄糖，加去离子水溶解葡萄糖并搅拌混合均匀，经120℃烘干后放入管式炉中在氮气气氛保护于700℃反应5小时后自然冷却至室温，获得黑色粉末为非晶硅酸锰。

[0039] 实施例7：

[0040] 称取实施例1中制备的深棕色粉末1.5g和0.45g葡萄糖，加去离子水溶解葡萄糖并搅拌混合均匀，经120℃烘干后放入管式炉中在氮气气氛保护于700℃反应5小时后自然冷却至室温，获得黑色粉末为非晶硅酸锰。

[0041] 实施例8：

[0042] 通过硅酸钠和氯化锰反应制备非晶硅酸锰。取7.55g氯化锰和10.85g硅酸钠分别在50mL去离子中水溶解。在搅拌作用下，将氯化锰溶液缓慢加入到硅酸钠溶液中，混合均匀。将混合液加热煮沸，保持2小时，冷却至室温，用去离子水清洗产物3次，再在120℃烘干，获得5.0g深棕色粉末，根据X-射线衍射图谱分析(如图1所示)，产物为非晶硅酸锰。

[0043] 实施例9：

[0044] 称取实施例8中制备的深棕色粉末1.5g和1.05g葡萄糖，加去离子水溶解葡萄糖并搅拌混合均匀，经120℃烘干后放入管式炉中在氮气气氛保护于700℃反应5小时后自然冷却至室温，获得黑色粉末。根据X-射线衍射图谱分析(如图4所示)，产物为非晶硅酸锰。

[0045] 实施例10：

[0046] 通过硅酸钠和氯化锰反应制备非晶硅酸锰。取7.55g氯化锰和10.85g硅酸钠分别在50mL去离子中水溶解。在搅拌作用下，将氯化锰溶液缓慢加入到硅酸钠溶液中，混合均匀。将混合液加热煮沸，保持8小时，冷却至室温，用去离子水清洗产物3次，再在120℃烘干，获得5.0g深棕色粉末，根据X-射线衍射图谱分析(如图1所示)，产物为非晶硅酸锰。

[0047] 实施例11：

[0048] 称取实施例10中制备的深棕色粉末1.5g和1.05g葡萄糖，加去离子水溶解葡萄糖并搅拌混合均匀，经120℃烘干后放入管式炉中在氮气气氛保护于700℃反应5小时后自然冷却至室温，获得黑色粉末。根据X-射线衍射图谱分析(如图4所示)，产物为非晶硅酸锰。

[0049] 实施例12：

[0050] 通过硅酸钠和氯化锰反应制备非晶硅酸锰。取7.55g氯化锰和10.85g硅酸钠分别在50mL去离子中水溶解。在搅拌作用下，将氯化锰溶液缓慢加入到硅酸钠溶液中，混合均匀，不进行水煮处理，用去离子水清洗产物3次，再在120℃烘干，获得5.0g深棕色粉末，产率和纯度接近100％。根据X-射线衍射图谱分析(如图6所示)，产物为非晶硅酸锰。

[0051] 实施例13：

[0052] 称取实施例12中制备的深棕色粉末1.5g和1.05g葡萄糖，加去离子水溶解葡萄糖并搅拌混合均匀，经120℃烘干后放入管式炉中在氮气气氛保护于600℃反应5小时后自然冷却至室温，获得黑色粉末。根据X-射线衍射图谱分析(如图7所示)，产物为晶相Mn2SiO4(JCPDS35–0748)。

[0053] 由上述实施例可以看出，以硅酸钠和氯化锰为原料，经沸水处理后，烘干得到的深棕色粉体虽然为非晶硅酸锰，但其结构依然不稳定。即使有氮气作为保护气氛，将该深棕色粉体加热到600℃就会转变为晶相，如实施例2和图2所示。

[0054] 经沸水处理后制得的深棕色粉体，只有进一步与葡萄糖溶液均匀混合后，在加热过程中才会保持其非晶结构直至700℃高温，如实施例3、实施例4、实施例9、实施例11和图3、图4所示。

[0055] 以硅酸钠和氯化锰为原料，如果不进行沸水处理，则制得的深棕色粉体即使进一步与葡萄糖溶液均匀混合后，在加热过程中也会转变为晶相，如实施例13和图7所示。

[0056] 由此可见，若要得到高稳定性的非晶硅酸锰材料，既需要对硅酸钠和氯化锰的混合液进行沸水处理；沸水处理后的产物还需要与葡萄糖溶液混合均匀后，非晶硅酸锰材料的稳定性才能提高到700℃以上而不产生晶相。因此，沸水处理的步骤和与葡萄糖溶液混合的步骤是制备高稳定性非晶硅酸锰材料的关键工艺步骤，二者缺一不可。

[0057] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。