一种二氧化锰复合材料的制备方法与流程

1.本发明涉及复合材料制备技术领域，尤其涉及一种二氧化锰复合材料的制备方法。


背景技术：

2.二氧化锰纳米材料由于其独特的物理化学特性，广泛的应用于锂离子电池、离子交换、分子吸附、锌锰电池、生物传感器、催化剂材料、磁性材料以及超级电容器等诸多领域。但是，二氧化锰作为电极材料时电阻大、晶粒的比表面积比较小，导致其在电极反应过程中利用率偏低，因此，提高二氧化锰催化材料的比表面积具有重要意义。
3.半导体复合是提高材料在光化学、光物理方面性质的重要手段之一，本质上是指两种或两种以上的物质在纳米尺度上以某种方式结合在一起形成复合粒子。复合的意义主要有以下三个方面：1、复合具有不同的能带结构的半导体，可以利用具有窄带隙的半导体来敏化宽带隙的半导体；2、两种半导体之间的能级差导致光生载流子可由一种半导体的能级注入到另一种半导体的能级上，从而电荷可以有效长期分离；3、金属离子的不同配位及电荷不同而产生过剩电荷，也会增加半导体俘获质子或电子的能力。所以，复合半导体表现出高于单一半导体的催化活性。
4.专利申请cn111268738a公开了一种γ晶型二氧化锰，将其作为催化剂用于氧化烯丙(苄)醇为相应的醛，可以将烯丙(苄)醇氧化成预制相对应的醛、酮化合物而不将其氧化成羧酸类化合物。但是，为了获得较高的醛、酮收率需要的催化剂用量是非常高的，比如在生产苯甲醛时，γ晶型二氧化锰为8个当量时才能达到100％的收率，这个催化剂用量是相当惊人的，大大提高了生产成本。而且，该催化剂应用的氧化对象是烯丙(苄)醇，申请人将其应用于甲醇氧化成甲醛的反应，甲醇转化率和甲醛收率远远不及该专利中涉及的反应效果理想。


技术实现要素：

5.本发明公开一种二氧化锰复合材料的制备方法，旨在解决背景技术中提出的为了获得较高的醛、酮收率需要的催化剂用量是非常高的，比如在生产苯甲醛时，γ晶型二氧化锰为8个当量时才能达到100％的收率，这个催化剂用量是相当惊人的，大大提高了生产成本。而且，该催化剂应用的氧化对象是烯丙(苄)醇，申请人将其应用于甲醇氧化成甲醛的反应，甲醇转化率和甲醛收率远远不及该专利中涉及的反应效果理想的技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种二氧化锰复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
8.s1：将表面活性剂、助表面活性剂、油相在连续搅拌下形成溶液a；
9.s2：将0.5～0.8份磷酸二氢锰和0.1～0.2份三氯化铈溶于10份水中，得到溶液b，备用，将溶液b滴加入溶液a中，加入酸性溶液和混匀至澄清，继续搅拌至第二次澄清时形成微乳液c；
10.s3：然后向8～9份＝酸溶液中加入1～1.5份三聚氰胺，搅拌水解，得到水解液d，备用，将微乳液c和水解液d和埃洛石悬浊液混合反应，形成的混合溶液为溶液e，后处理，得到前驱体；
11.s4：最后对步骤(3)得到的前驱体进行煅烧处理，即得所述二氧化锰复合材料。
12.本发明的制备方法简单方便，成本较低，反应周期短，易于快速大量制备。
13.在一个优选的方案中，所述酸溶液的ph＝3.5～4.5的酸溶液，酸溶液选自盐酸、硫酸或硝酸溶液中的任一种，所述s3步骤中的搅拌水解的工艺条件为：40～45℃搅拌2～4小时，所述埃洛石悬浊液是先在5～8份埃洛石表面沉积0.5～0.8份纳米氧化锆，然后利用60～70份0.5～1mol/l氢氧化钠溶液均匀分散而得，所述步骤s1所述表面活性剂、助表面活性剂、油相的质量比为1：1～6：1～12，所述煅烧处理的工艺条件为：先在氮气气氛中,450～500℃煅烧2～3小时，然后在体积比1：3～5的氮气和氧气混合气氛中，400～420℃煅烧5～7小时。
14.在一个优选的方案中，所述在进行煅烧处理时会产生大量的废气，利用净化机构对废气进行处理，所述净化机构包括有净化箱和过滤箱，且过滤箱的一侧内壁通过法兰连接有第二导管，所述净化箱的顶部内壁和过滤箱的一侧内壁通过法兰连接有同一个第一导管。
15.将废气通过第二导管导入到净化箱中进行处理，处理过的气体通过第二导管导入到过滤箱中进行有效的过滤。
16.在一个优选的方案中，所述净化箱的一侧外壁通过螺钉固定有电机，且电机的输出轴通过联轴器连接有转杆，所述转杆的外壁焊接有等距离分布的搅拌杆，且搅拌杆为螺旋形结构，所述转杆的外壁开设有等距离分布的开槽，且搅拌杆的外壁均设置有导热块，且导热块的外壁设置有等距离分布的破碎针。
17.在对废气进入到净化箱的内部时，可以打开电机，电机带动转杆进行转动，进而搅拌杆开始旋转，可以对导入的废气和净化箱内部装的处理液进行有效的均匀混合，对废气进行有效的处理。
18.在一个优选的方案中，所述净化箱的一侧内壁通过螺钉固定有温度传感器，且净化箱的底部内壁通过螺钉固定有加热器，所述加热器的信号输入端通过信号线连接有处理器，且温度传感器的信号输出端和处理器的信号输入端通过信号线相连接，所述净化箱的底部内壁通过螺钉固定有药物箱，且药物箱的一侧外壁开设有等距离分布的通孔。
19.在对废气处理时，可以打开加热器，加热后的处理液可以跟废气更加具有均匀的混合，另外温度传感器可以检测净化箱内部的温度值，温度传感器将信号传递给处理器，便于准确得知处理液的温度值。
20.在一个优选的方案中，所述过滤箱的一侧外壁设置有透气槽，且过滤箱的内壁两侧均设置有等距离分布的插槽，所述插槽的内壁插接有插块，且插块的顶部外壁设置有拉杆，所述插块的一侧外壁设置有第一滤网、第二滤网和第三滤网，且过滤箱的一侧内壁设置有活性炭吸附层。
21.经过处理液处理后的气体通过第一导管进入到过滤箱中，通过第一滤网、第二滤网和第三滤网可进行有效的过滤，活性炭吸附层可对灰尘进行有效的吸附净化，通过插槽和插块相互插接的形式，可以快速的对第一滤网、第二滤网和第三滤网进行安装和拆卸。
22.由上可知，一种二氧化锰复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
23.s1：将表面活性剂、助表面活性剂、油相在连续搅拌下形成溶液a；
24.s2：将0.5～0.8份磷酸二氢锰和0.1～0.2份三氯化铈溶于10份水中，得到溶液b，备用，将溶液b滴加入溶液a中，加入酸性溶液和混匀至澄清，继续搅拌至第二次澄清时形成微乳液c；
25.s3：然后向8～9份＝酸溶液中加入1～1.5份三聚氰胺，搅拌水解，得到水解液d，备用，将微乳液c和水解液d和埃洛石悬浊液混合反应，形成的混合溶液为溶液e，后处理，得到前驱体；
26.s4：最后对步骤(3)得到的前驱体进行煅烧处理，即得所述二氧化锰复合材料。本发明提供的二氧化锰复合材料的制备方法具有以下技术效果：
27.1、本发明的二氧化锰复合材料，可以用于甲醇氧化制甲醛的反应，大大提高了甲醇转化率和甲醛收率，在制备过程中，前驱体煅烧的过程中，形成丰富孔隙，使得复合材料对甲醇具有良好的吸附作用，促进复合材料与反应物甲醇的良好接触，为后续的催化反应提供良好的基础。
28.2、本发明的制备方法简单方便，成本较低，反应周期短，易于快速大量制备。
29.3、本发明在煅烧时会产生较大的废气，通过净化机构可以对煅烧时产生的大量废气进行有效的处理，并对产生的粉末杂质进行有效的过滤净化，提高了废气的处理效果。
附图说明
30.图1为本发明提出的一种二氧化锰复合材料的制备方法的整体流程图。
31.图2为本发明提出的一种二氧化锰复合材料的制备方法的净化机构的结构示意图。
32.图3为本发明提出的一种二氧化锰复合材料的制备方法的净化箱的内部结构示意图。
33.图4为本发明提出的一种二氧化锰复合材料的制备方法的破碎针的结构示意图。
34.图5为本发明提出的一种二氧化锰复合材料的制备方法的过滤箱的内部结构示意图。
35.图6为本发明提出的一种二氧化锰复合材料的制备方法的图5的b部分放大结构示意图。
36.图中：1、净化箱；2、第一导管；3、过滤箱；4、第二导管；5、搅拌杆；6、温度传感器；7、电机；8、转杆；9、药物箱；10、通孔；11、加热器；13、导热块；14、开槽；15、破碎针；16、第一滤网；17、透气槽；18、活性炭吸附层；19、第二滤网；20、第三滤网；21、插槽；22、插块；23、拉杆。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
38.参照图1，一种二氧化锰复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
39.s1：将表面活性剂、助表面活性剂、油相在连续搅拌下形成溶液a；
40.s2：将0.5～0.8份磷酸二氢锰和0.1～0.2份三氯化铈溶于10份水中，得到溶液b，
备用，将溶液b滴加入溶液a中，加入酸性溶液和混匀至澄清，继续搅拌至第二次澄清时形成微乳液c；
41.s3：然后向8～9份＝酸溶液中加入1～1.5份三聚氰胺，搅拌水解，得到水解液d，备用，将微乳液c和水解液d和埃洛石悬浊液混合反应，形成的混合溶液为溶液e，后处理，得到前驱体；
42.s4：最后对步骤(3)得到的前驱体进行煅烧处理，即得二氧化锰复合材料。
43.参照图1，在一个优选的实施方式中，酸溶液的ph＝3.5～4.5的酸溶液，酸溶液选自盐酸、硫酸或硝酸溶液中的任一种。
44.参照图1，在一个优选的实施方式中，s3步骤中的搅拌水解的工艺条件为：40～45℃搅拌2～4小时。
45.参照图1，在一个优选的实施方式中，其中，埃洛石悬浊液是先在5～8份埃洛石表面沉积0.5～0.8份纳米氧化锆，然后利用60～70份0.5～1mol/l氢氧化钠溶液均匀分散而得。
46.参照图1，在一个优选的实施方式中，步骤s1表面活性剂、助表面活性剂、油相的质量比为1：1～6：1～12。
47.参照图1，在一个优选的实施方式中，煅烧处理的工艺条件为：先在氮气气氛中,450～500℃煅烧2～3小时，然后在体积比1：3～5的氮气和氧气混合气氛中，400～420℃煅烧5～7小时。
48.参照图2，在一个优选的实施方式中，在进行煅烧处理时会产生大量的废气，利用净化机构对废气进行处理，净化机构包括有净化箱1和过滤箱3，且过滤箱3的一侧内壁通过法兰连接有第二导管4，净化箱1的顶部内壁和过滤箱3的一侧内壁通过法兰连接有同一个第一导管2。
49.参照图3和图4，在一个优选的实施方式中，净化箱1的一侧外壁通过螺钉固定有电机7，且电机7的输出轴通过联轴器连接有转杆8，转杆8的外壁焊接有等距离分布的搅拌杆5，且搅拌杆5为螺旋形结构，转杆8的外壁开设有等距离分布的开槽14，且搅拌杆5的外壁均设置有导热块13，且导热块13的外壁设置有等距离分布的破碎针15。
50.参照图2和图3，在一个优选的实施方式中，净化箱1的一侧内壁通过螺钉固定有温度传感器6，且净化箱1的底部内壁通过螺钉固定有加热器11，加热器11的信号输入端通过信号线连接有处理器，且温度传感器6的信号输出端和处理器的信号输入端通过信号线相连接，净化箱1的底部内壁通过螺钉固定有药物箱9，且药物箱9的一侧外壁开设有等距离分布的通孔10。
51.参照图2、图5和图6，在一个优选的实施方式中，过滤箱3的一侧外壁设置有透气槽17，且过滤箱3的内壁两侧均设置有等距离分布的插槽21，插槽21的内壁插接有插块22，且插块22的顶部外壁设置有拉杆23，插块22的一侧外壁设置有第一滤网16、第二滤网19和第三滤网20，且过滤箱3的一侧内壁设置有活性炭吸附层18。
52.工作原理：使用时，在对废气进入到净化箱1的内部时，可以打开电机7，电机7带动转杆8进行转动，进而搅拌杆5开始旋转，可以对导入的废气和净化箱1内部装的处理液进行有效的均匀混合，对废气进行有效的处理，在对废气处理时，可以打开加热器11，加热后的处理液可以跟废气更加具有均匀的混合，另外温度传感器6可以检测净化箱1内部的温度
值，温度传感器6将信号传递给处理器，便于准确得知处理液的温度值，经过处理液处理后的气体通过第一导管进入到过滤箱3中，通过第一滤网16、第二滤网19和第三滤网20可进行有效的过滤，活性炭吸附层18可对灰尘进行有效的吸附净化，通过插槽21和插块22相互插接的形式，可以快速的对第一滤网16、第二滤网19和第三滤网20进行安装和拆卸。
53.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。