專利名稱：一種用硫酸錳溶液制備四氧化三錳的方法
技術領域：
本發明涉及用硫酸錳溶液制備四氧化三錳的方法。
背景技術：
四氧化三錳(Mn3O4)是制備錳鋅鐵氧體這種軟磁材料的重要原料之一，由于軟磁 材料在電子工業中有極其廣泛的用途，因此，制備出(例如比表面積大的)優質四氧化三錳 已被國家發展計劃委員會和科學技術部列為當前優先發展的高技術產業化項目，是國家鼓 勵優先發展的高技術產品。制備四氧化三錳的方法，目前發展較快的一種方法是硫酸錳法，即在硫酸錳 (MnSO4)溶液加入堿性物質，首先把硫酸錳轉化為氫氧化錳(Mn(OH)2),然后用氧化劑、或 氧氣、甚至僅利用空氣中的氧氣來氧化溶液中氫氧化錳，以制得四氧化三錳。然而，在現有 的這些方法中，有的反應條件不易控制，產物中夾雜有不少二氧化錳(MnO2)和三氧化二錳 (Mn2O3),至使人們想得到的四氧化三錳的轉化率不高；有的比表面積較小；有的比表面積 雖然相對較大，但仍然不適應電子工業等發展后對四氧化三錳比表面積的更高要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種其轉化率較高，比表面積較大的用硫酸錳溶液制備四氧 化三錳的方法，該方法工藝簡單、容易掌握。實現所述發明目的之技術方案，是這樣一種用硫酸錳溶液制備四氧化三錳的方 法，與現有相同的方面是，它包括如下步驟①在硫酸錳溶液加入堿性物質來調節pH值，以把該硫酸錳溶液轉化為氫氧化錳 溶液；②把步驟①所得溶液中的氫氧化錳氧化四氧化三錳；③過濾，用蒸餾水洗滌，烘干后得到四氧化三錳固體產品；其改進之處是，在所述步驟②中首先，根據步驟①所得溶液中所含氫氧化錳的質量，加入離子液體，并充分混合； 其中，所述離子液體與氫氧化錳的質量比為2% 3%，所述離子液體為[EMIm]PF6、[EMIm] Cl、[EMImJBF4, [BMImjPF6, [BMIm]BF4 或[BMIm]Cl ；然后，將步驟②所得混合溶液，在暴露于空氣狀態下攪拌，并同時進行微波輔助加 熱(也即在微波輔助加熱的攪拌作用下，利用空氣中的氧氣來氧化與離子液體混合后的氫 氧化錳)；加熱溫度為78 85°C，其微波頻率、微波功率和輔助加熱攪拌時間以讓該混合溶 液中的氫氧化錳被全部氧化為四氧化三錳為度；接著再進入步驟③，即過濾，用蒸餾水洗滌，烘干后得到四氧化三錳固體產品。從方案中可以看出，本發明雖然仍然屬用硫酸錳溶液來制備四氧化三錳的方法， 但在把硫酸錳溶液轉化為氫氧化錳溶液后的氧化過程中，卻是采用了先混合離子液體，再 借助于微波加熱來利用空氣氧化氫氧化錳為四氧化三錳的。由于本發明所用離子液體的催化特性，以及氫氧化錳對微波的強吸收作用，與現有技術相比較，本發明具有四氧化三錳 的轉化率較高(驗證表明，最低也不少于60. 45%)，比表面積較大(驗證表明，最大可達 187m2 · g-1)的優點。從方案中還可以看出，本發明還具有生產成本低，易于操作，便于實現 工業化生產之優越性。下面結合具體實施方式
對本發明作進一步的說明。
具體實施例方式一種用硫酸錳溶液制備四氧化三錳的方法，其步驟如下①在硫酸錳溶液加入堿性物質來調節pH值，以把該硫酸錳溶液轉化為氫氧化錳 溶液；具體是選用較純的硫酸錳溶液，用氨水、液氨、氫氧化鈉和氫氧化鉀中的一種，將其 PH值在調節到10 12之間，顯然，具體pH值應以讓原硫酸錳溶液中的Mn2+全部沉淀為氫 氧化錳[Mn(OH)2]為度。通常，用這幾種堿性物質沉淀而得到的氫氧化錳比較穩定且純度 較高，對提高產率也有一定幫助。②把步驟①所得溶液中的氫氧化錳氧化四氧化三錳；③過濾，用蒸餾水洗滌，樣品在105°C下烘干，得到四氧化三錳固體產品；在本發明的步驟②中首先，根據步驟①所得溶液中所含氫氧化錳的質量，加入離子液體，并充分混合； 其中，所述離子液體與氫氧化錳的質量比為2% 3%，所述離子液體為[EMIm]PF6、[EMIm] Cl、[EMImJBF4, [BMImjPF6, [BMImlBF4^ [BMIm]Cl (特別提醒，[BMIm]Cl 為固體，加入前須 將其在45°C加熱融化)；然后，將步驟②所得混合溶液，在暴露于空氣狀態下攪拌，并同時進行微波輔助加 熱；加熱溫度為78 85°C，其微波頻率、微波功率和輔助加熱攪拌時間以讓該混合溶液中 的氫氧化錳被全部氧化為四氧化三錳為度；接著再進入步驟③。具體是在過濾得到固形物后，用蒸餾水洗滌以去除雜質，然 后在105°C條件下烘干，即得到呈棕紅色的四氧化三錳固體產品。進一步講，微波輔助加熱的頻率為915MHz或2450MHz，微波功率為400 900W。該 頻率與功率的具體值，主要根據不同離子液體確定。鑒于本領域技術人員對離子液體已很 熟悉，且至多通過有限的幾次常規試驗即可確定，故不詳述。本發明通過了試驗驗證，試驗過程與具體實施方式
的步驟相同，四氧化三錳的轉 化率通過價態轉換法計算，比表面積通過BET (比表面積檢測)法測定。各驗證例見下表
權利要求
一種用硫酸錳溶液制備四氧化三錳的方法，其步驟如下①在硫酸錳溶液加入堿性物質來調節pH值，以把該硫酸錳溶液轉化為氫氧化錳溶液；②把步驟①所得溶液中的氫氧化錳氧化四氧化三錳；③過濾，用蒸餾水洗滌，烘干后得到四氧化三錳固體產品；其特征在于，在所述步驟②中首先，根據步驟①所得溶液中所含氫氧化錳的質量，加入離子液體，并充分混合；其中，所述離子液體與氫氧化錳的質量比為2％～3％，所述離子液體為[EMIm]PF6、[EMIm]Cl、[EMIm]BF4、[BMIm]PF6、[BMIm]BF4或[BMIm]Cl；然后，將步驟②所得混合溶液，在暴露于空氣狀態下攪拌，并同時進行微波輔助加熱；加熱溫度為78～85℃，其微波頻率、微波功率和輔助加熱時間以讓該混合溶液中的氫氧化錳被全部氧化為四氧化三錳為度；接著再進入步驟③。
2.根據權利要求1所述用硫酸錳溶液制備四氧化三錳的方法，其特征在于，所述的微 波輔助加熱的頻率為915MHz或2450MHz，微波功率為400 900W。
全文摘要
一種用硫酸錳溶液制備四氧化三錳的方法，該方法包括以下步驟用堿性物質調節硫酸錳溶液的pH值，以把該硫酸錳溶液轉化為氫氧化錳溶液；加入離子液體，在暴露于空氣狀態下進行微波輔助加熱，以氫氧化錳氧化為四氧化三錳，經過濾，洗滌、烘干后得到棕紅色四氧化三錳固體。本發明具有四氧化三錳的轉化率較高(最低也不少于60.45％)，比表面積較大(最大可達187m2·g-1)的優點。本發明還具有生產成本低，易于操作，便于實現工業化生產之優越性。
文檔編號C01G45/02GK101948138SQ20101050319
公開日2011年1月19日 申請日期2010年10月12日 優先權日2010年10月12日
發明者劉仁龍, 劉作華, 周小霞, 孫大貴, 左趙宏, 李東海, 李敏, 杜軍, 沙繼文, 范興, 陳燕, 陶長元 申請人:重慶大學