锰氧化物合成及催化酯化反应的研究毕业论文(编辑修改稿)

锰氧化物合成及催化酯化反应的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

nm。 （ 3） 微乳 液 法 微乳方法的核心是利用油相图包裹水相在微乳液中控制化学反应，因此小液滴的尺寸通常控制在纳米尺寸范围内，相应中间产物的尺寸也被限制在纳米尺度范围内。 王积森等采 用微乳 液 法成功的合成了 Mn3O4 纳米带，该纳米带宽 70nm~105nm，长度在几十微米，并首次发现了 Mn3O4 纳米带是由定向排列的纳米线组成，并且生长具有方向性。 （ 4） 前驱物法 前驱物法避免了复杂的工艺以及特殊的设备，而且能清晰 地 表明目标产物与前驱物之间的关系，相比于其他方法更能够对产物物相进行控制。 Xi G C、 Zhang Y C、Zhang Y G等研究小组先后报道了利用 γMnOOH为前驱物制备 βMnO2纳米棒或纳米线。 Ganguli研究小组报道了利用 γMnOOH为前驱物制备 了 MnO、 Mn2O Mn3O4纳米粒子。 纳米结构锰氧化物的性质及应用 过渡金属锰元素可以形成氧化值由 +2 到 +7 乃至更复杂的化合物，其中最常见的具有固定组成的氧化物包括 MnO、 Mn3O Mn2O MnO(OH) 和 MnO2，而且这些锰的氧化物存在多种同质异 相 体，如 MnO2 存在 、 、 和 多种晶型。 MnO2 主要存在于软锰矿中，合成 MnO2 和一些天然锰矿石，主要的商业用途是做电池材料 [9]。 此外，在有机化合物和无机化合物中也常采用 MnO2 作氧化催化剂。 7 Mn3O4 可用于分解去除废气中的 CO、 N2O、 NO 与 NH3 等气体或从废气中去除有机物等。 高纯四方相 Mn3O4 纳米晶适用于制作软磁性材料如高频转换器 、 磁头 、锰锌铁氧体磁芯 [10]。 Mn3O4 作为制备尖晶石 Li2Mn2O4 的原料，较好地解决了电池的放电比容量衰减问题。 Mn2O3 可用于 分解 N2O。 在半导体制备中，利用 Mn2O3 从废气中移走有机物 [11]，还可将其用于改善压电陶瓷热稳定性等。 另外，通过喷雾热解醋酸锰溶液或草酸锰热分解制备的 γMn2O3 适于制备电池正极材料 LiMn 尖晶石 [12]。 锰的氢氧化合物在电化学、电池、电致变色等领域都有着十分重要的用途。 MnOOH 可作为 LiMnO 尖晶石结构和 MnO2 等其他锰氧化物的前驱体。 纳米结构 锰氧化物 由于其尺寸小、比表面积大，因而具有与普通氧化锰不同的独特性质，在催化材料、电极材料、磁性材料、陶瓷材料等领域有广泛的应用。 因此，开展 纳米结构锰氧化物的控制合成研究具有重要的理论意义及应用价值。 8 2 锰氧化物的合成 本实验采用 醋酸锰（ Mn(Ac)24H2O）和 硫酸锰 (MnSO4)为锰源， 双氧水（ H2O2）做为氧化剂 制备一系列锰的氧化物。 实验仪器 表 21 名称 型号 电子天平 JA20xxN 双向磁力搅拌器 782 低速离心机 TDL80— 2B 高速离心机 TGL— 16G 电热恒温鼓风干燥箱 DHG— 9023A 透射电子显微镜 (TEM) HitachiH800 X射线转靶衍射仪 日本产 Rigakn D/max_Ya； X射线源： Cu K(λ=) 药品与试剂 表 22 名称 等级 厂家 高锰酸钾 (KMnO4) 化学纯 上海金山县兴塔化工厂 硫酸锰 (MnSO4) 分析纯 天津市北方天医化学试剂厂 浓硝酸 (HNO3) 分析纯 上海振企化学试剂有限公司 30%过氧化氢 (H2O2) 分析纯 上海化学试剂有限公司 醋酸锰（ Mn(Ac)24H2O） 化学纯 天津市北方天医化学试剂厂 醋酸锌（ Zn(Ac)2 2H2O） 化学纯 上海化学试剂有限公司 氢氧化钠（ NaOH） 化学纯 天津市北方天医化学试剂厂 浓硫酸（ H2SO4） 分析纯 上海化学试剂有限公司 双氧水（ H2O2） 分析纯 上海化学试剂有限公司 无水乙醇 分析纯 上海振兴化工一厂 9 制备 α MnO2纳米线 的制备 首先称取 硫酸锰 (MnSO4)溶入 80ml 水 中，然后 纳米颗粒 在加热搅拌的情况下加入 高锰酸钾 (KMnO4)粉末，加热至沸腾，搅拌 30min 后，将反应混合物转移到 170℃高压釜中 [13]继续反应 α MnO2 纳米线 [14]。 本实验是在中性条件下反应的，后来在酸性条件下（其他条件一样，加入了 30ml 浓硫酸（ H2SO4） ）也得到了以上产物，但是回收率低得多。 所以选择在中性条件下反应。 ZnMn2O4的制备 称取 醋酸锌 （ Zn(Ac)2 2H2O） ， 醋酸锰 （ Mn(Ac)24H2O） ， 氢氧化钠 （ NaOH） 固体 分别溶于 20ml 水中。 首先在搅拌条件下将 NaOH 溶液缓慢滴加到 Zn(Ac)2 溶液中（ 3~5min 滴完） [15]，快速搅拌 20min(溶液开始变粘稠，最终变成 乳白色悬浊液 )，然后滴加 Mn(Ac)2 溶液（ 3~5min 滴完 ），搅拌 20min（此时浊液由原来的乳白色变成棕黄色最终变成棕褐色），加入 2ml 双氧水（ H2O2） （溶液颜色进一步加深，并伴随有气体放出）静置 2h 后加入 20ml 硝酸 (HNO3)溶液（ 1M）静置 12h，洗涤干燥 [16]得到产品。 10 3 产品的 表征及对结果的讨论 α MnO2 的表征 α MnO2 的 XRD 表征 从 图 31 的峰形 和标准卡 PDF（ 440141） 的对比，说明产品是 纯 相、四方晶系 的α MnO2。 10 20 30 40 50 60 70 Intensity(CPS)2 The ta(d e g )110200220310400211330301321510411600521002541 图 31 α MnO2 的 TEM 表征 再从图 32 判断所得到的α MnO2 纳米线分布非常均匀，直径在 20~30nm。 图 32 a12 103 倍 b60 103 倍 c80 103 倍 100nm 500nm 100nm a b c 11 10 20 30 40 50 60 70 Intensity(CPS)2 T h e t a (d e g )101112200103211004220204105312 303321224400 图 33 图 34 a,A未经煅烧。 b,B烧 200℃； c,C烧 500℃ 对 ZnMn2O4进行表征 ZnMn2O4的 XRD 表征 200nm 200nm 200nm a b c 50nm 50nm 50nm A B C 12 ZnMn2O4 的 XRD 如 图 33： 图 39a 是在常温下得到的产品，对比标准卡（ 090459）说明其是纯的 Zn2Mn4O8，而这种物质在 500℃煅烧后，对比标准卡（ 241133）可知此时得到的是纯净的 ZnMn2O4。 ZnMn2O4的 TEM 表征 当在常温下制备的产品未经煅 烧时 （ 图 34 a 和 A） ，可以看出其 颗粒的大小大约在 20~30nm，而在经过 500℃煅烧之后颗粒明显长大 （图 34 c 和 C） ，粒径接近原来的两倍，而且团聚较多。 但是在煅烧 200℃时并没有太大的变化 （图 34 b 和 B）。 不同条件对形成 ZnMn2O4纳米颗粒的影响 . 常温反应条件下， 陈化 时间对产物的影响10 20 30 40 50 60 70 2The ta( de g )101112200103211004220204312 303321224400Intensity(CPS)abc 105 图 35 a30min b2h c12h 从 图 35 很容易看出，随陈化时间的延长 ， 逐渐形成规则的晶体， 时间太 短，得不到规则 完善 的晶型。 时间越长形成的晶体粒径 越 大，所以时间也不宜太长。 从我所做的各组实验对比来看，时间控制在 8~12h 比较适合 ，此时既形成了稳定的晶型，颗粒又不是太大。 常温反应条件下， 乙醇的加入对产物的影响 从 图 36 上面判断，乙醇的加入，对产品的影响不是太大，似乎当有乙醇存在时，颗粒更规则，粒径更大些，所以我认为这个实验没有必要加乙醇。 13 10 20 30 40 50 60 70 2 Th e t a ( d e g )101112200103211004220204312303321224400Intensity(CPS)a105b 图 36 a不加乙醇 b加乙醇 10 20 30 40 50 60 70 2 Th e t。