纳米MnO_(2)炭基复合材料的制备及吸附去除水中La(Ⅲ)离子性能研究

稀土是一种珍贵的战略资源,但其开发冶炼过程会产生大量废水并造成严重的环境污染,因此如何高效吸附去除废水中稀土离子被大量研究。通过共沉淀法将纳米MnO_(2)负载至生物炭(Biochar, BC)表面,得到纳米MnO_(2)炭基复合材料(Nano-MnO_(2)Carbon Matrix Composites, MBC),并用于吸附去除废水中的La(Ⅲ)离子。研究通过表征分析材料的物理和化学结构变化,考察了应用环境条件对MBC吸附La(Ⅲ)离子性能的影响,在308 K、pH=6.0条件下,0.55 g/L MBC对20 mg/L La(Ⅲ)离子模拟废水进行吸附处理,24 h后吸附效率达到95.65%。吸附动力学、等温线和热力学研究显示,MBC对La(Ⅲ)离子的吸附过程符合拟一级动力学模型和Langmuir模型,为单分子层吸附,最大吸附质量比可达43.49 mg/g;通过D-R模型计算的Es为23.12 kJ/mol,表明吸附过程偏向于化学吸附,且是自发的吸热过程。MBC经5次循环后,吸附性能仍达到初始吸附质量比的79.18%,MBC作为炭基吸附剂用于吸附水中的La(Ⅲ)离子,展现出一定的应用前景。

MnO_4^-和Mn^(2+)反应产物的探讨

高锰酸根离子MnO_4^-和二价锰离子Mn^(2+)之间的氧化还原反应是一个常见的化学反应,在通常条件下的水溶液中,反应产物是二氧化锰MnO_2。然而,当制备方法和反应条件改变时,反应产物还是MnO_2吗?把这一问题引入无机合成化学教学中,要求学生课前查阅文献并在课堂上交流。通过讨论,学生对该反应有了新的认识,体会到制备方法和反应条件对制备产物的重要影响。反应产物可以是不同结构和形貌的MnO_2,还可能是四氧化三锰Mn_3O_4或碱式氧化锰MnOOH。

锰浸出液制备棒状β-MnO_(2)纳米材料

湿法浸出锰矿或锰渣中的锰得到的硫酸锰浸出液中含有钙、镁杂质离子,对后续锰产品的纯度造成很大影响。为深度除硫酸锰浸出液中的Ca^(2+)、Mg^(2+),并最大化利用锰浸出液,可以将净化后的锰浸出液制备成高附加值的MnO_(2)纳米材料。以含钙、镁的硫酸锰浸出液为研究对象,将锰浸出液除钙、镁后,以(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)为氧化剂,采用水热法将净化后的锰浸出液制备成高附加值的MnO_(2)纳米材料,探究溶液的pH、反应温度、反应时间对制备MnO_(2)纳米棒物相和形貌的影响。结果表明:当反应温度为150℃、反应时间为10 h、加入氧化剂用量为理论量、反应pH为1~7的条件下制备出的β-MnO_(2)结晶度最好。

MnO_(2)纳米片与带正电荷的AIE分子荧光检测GSH以及IMP门的构建

谷胱甘肽(glutathione,GSH)是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸结合而成的含有巯基的三肽,广泛存在于各种生物当中,对生物体内有着重要的作用。因此,能方便、快速、准确的检测GSH在体内的水平十分有必要。MnO_(2)纳米片是一种带负电的、具有氧化性的过渡金属氧化物。将带有负电荷的MnO_(2)纳米片与带有正电荷的两个季铵盐基团的二苯乙烯基蒽衍生物DSAI结合,制备成DSAI/MnO_(2)复合探针。将DSAI/MnO_(2)复合探针加入GSH后,MnO_(2)纳米片被解,DSAI的荧光得到恢复。基于以上现象可定量GSH,并且构建出以MnO_(2)纳米片和GSH为输入的分子逻辑门。

纳米MnO_2与常规MnO_2粉末对Hela细胞DNA损伤的对比研究

为探讨纳米MnO2与常规MnO2粉末对细胞DNA损伤作用的差别,采用不同浓度的纳米MnO2与常规MnO2粉末(0、100、200、400μg·mL-1)对Hela细胞进行染毒,应用单细胞凝胶电泳(彗星实验)检测Hela细胞的损伤效应.结果表明,与对照组相比,纳米MnO2和常规MnO2各染毒组细胞尾部DNA百分率(TailDNA%)和尾矩(TailMoment)均显著增加(p<0.01);同一浓度下,纳米MnO2组细胞尾部DNA百分率和尾矩显著高于常规MnO2组(p<0.01).以上结果表明,纳米MnO2和常规MnO2粉末均能导致Hela细胞DNA损伤,且纳米MnO2的损伤作用强于常规MnO2.

热解温度对MnO_2电容行为的影响

通过在不同温度下对KMnO4进行热分解制得电化学电容器电极材料MnO2.经XRD和TEM测试,结果表明不同温度得到的MnO2具有一定的层状结构,随着温度升高,无定形相/晶化相比降低.电化学测试表明这些材料皆有典型的电容性能. 550℃热解产物电容特性最好,比电容量达243F·g-1,充放电性能好,经200次循环电极容量保持在95％以上.

从Mn_3O_4前驱体到MnO_2纳米结构的形貌和结构变化(英文)

锰氧化物是一类重要的且具有广泛应用背景的材料,控制合成不同形貌和组成的锰氧化物纳米结构将有助于拓宽其应用领域.本文报道了以Mn3O4为前驱体,通过水热法控制合成MnO2纳米结构的方法.用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段对产物进行表征.在硫酸体系中,当反应温度为80和180℃时,所得产物分别为γ-MnO2海胆结构和β-MnO2单晶纳米棒.此外,MnOOH纳米线可以在稀酸溶液中合成.考察了反应温度、溶液酸度、反应时间对产物结构的影响,并提出了基于γ-MnO2为中间产物的反应机理.实验结果表明,水热体系促进了产物的各向异性生长并最终形成不同形貌和结构的锰氧化物.

稀土空位锰氧化物(La_(1-x-y)Y_y)_(2/3)Ca_(1/3)MnO_3的结构和输运性质

用固相反应法制备了La（1-x）2/3Ca1／3MnO3（V-LCMO）和（La（0.7-x）Y0.3）2／3Ca1／3MnO3）（V—LYCMO）（x=0，0．02，0．04，0．08，0．10）系列La空位锰氧化物样品。X射线衍射（XRD）分析表明：所有的样品均为单相，具有正交对称性（Pnma）。La（1-x）2/3Ca1／3MnO3系统和（La（0.7-x）Y0.3）2／3Ca1/3MnO3系统的晶格参数以及Mn-O键长和Mn-O-Mn键角随La空位浓度不同而改变，说明在室温系统中存在Jahn-Teller效应。对于V-LYCM0系统，其晶格参数、Mn-O键长和Mn-O-Mn键角都比V-LCMO相应的值更小，这可能与离子半径小的Y^3＋部分替代La^3＋导致更大的晶格畸变有关。V—LCMO系统随着空位浓度的增大，绝缘体一金属的转变温度TMI几乎不变。在x=0．04时MR值在温度TMI处达到最大值，约为220％（8T）。而对V—LYCMO系统，其转变温度TMI约为50K，在温度40～50K左右最大的磁电阻值超过10^6％。认为很大的磁电阻效应与用离子半径小的Y部分替代离子半径大的La有关，它会破坏双交换作用，从而导致Jahn-Teller效应。

基于废旧锂离子电池正极材料LiMn_2O_4制备MnO_2及其电化学性能

以废旧锂离子电池LiMn2O4正极材料为原料,通过控制酸浸条件分别制备出λ-MnO2纳米粒子和β-MnO2纳米棒,研究作为一次电池电极材料和超级电容器电极材料的相关电化学性能。利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和恒电流充放电、循环伏安等测试手段对样品成分、形貌和电化学性能进行分析表征。实验表明:在常温常压下,采用0.5mol.L-1的H2SO4酸浸3h可制备出λ-MnO2纳米颗粒;而于140℃水热条件下,采用2mol.L-1的H2SO4酸浸24h可制得β-MnO2纳米棒。λ-MnO2纳米颗粒和β-MnO2纳米棒作为Li/MnO2一次电池电极材料的放电比容量分别为142mA.h.g-1和275mA.h.g-1,而市售β-MnO2放电比容量为163mA.h.g-1。此外,作为对称型超级电容器的电极材料也表现出较好的超级电容特性,在1mol.L-1的Na2SO4电解液中,λ-MnO2和β-MnO2的恒流充放电比电容分别为87.4F.g-1和85.7F.g-1,高于市售β-MnO2的恒流充放电比电容(76.1F.g-1)。

水热法生长棒状MnOOH和MnO_2晶体

以高锰酸钾(KMnO4)和硫酸铵((NH4)2SO4)为主要原料,在150℃反应16h,水热法生长了棒状MnOOH晶体,然后以合成的棒状MnOOH晶体为前驱物,在硫酸溶液中,130℃水热反应12h,生长了棒状MnO2晶体。探索了KMnO4和(NH4)2SO4的用量以及反应温度对合成棒状MnOOH晶体的影响。利用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射等(SAED)等手段对产物进行了表征。结果表明,产物MnOOH为单斜结构的纯相,呈现棒状形貌,其平均直径约为72nm,长度近9.2μm,显示单晶特性;产物MnO2为四方结构的纯相,呈现棒状形貌,其平均直径约为83nm,长度达11μm,显示单晶特性。

焙烧还原电解产物MnO2制备高纯硫酸锰

本文采用同槽电解MnO2,经硫黄焙烧还原制得MnO,MnO和浓硫酸反应制备高纯硫酸锰。探讨MnO2还原制MnO的最佳工艺条件以及MnO制备高纯硫酸锰的最佳工艺条件。结果表明,MnO2还原制MnO的最佳工艺条件为:MnO2与硫黄的物质的量之比为2∶1.6,焙烧时间30min,焙烧温度450℃,MnO产率达到93.5%。制备高纯硫酸锰的最佳工艺条件为:MnO与浓硫酸物质的量之比为1∶1,硫酸锰产率达到87.7%,纯度达到98.2%。本方法能将同槽电解MnO2转化为高纯硫酸锰,实现资源的有效利用。

MnO2@NC纳米带的制备及储锂性能研究

采用水热法成功合成了一种新型氮掺杂碳修饰MnO2纳米带(MnO2@NC)。将该材料作为锂离子电池负极时,在2 A g-1的大电流密度下循环1000次后,其可逆比容量可达310.4 mAh g-1,并展现出卓越的倍率并能。与未改性MnO2相比,MnO2@NC表现出更好的倍率性能、更高的比容量和容量保持率。电化学测试分析表明,MnO2@NC电化学性能提高的原因在于电荷转移电阻的降低、缩短的Li+扩散距离以及更为优异的电极动力学。?

自牺牲模板法合成MnOOH纳米管的研究

以β-MnO2纳米管为自牺牲模板，在200℃不锈钢反应釜中保温48h，首次合成了单斜相MnOOH纳米管。采用X射线衍射、透射电子显微镜、选区电子衍射、场发射扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜、X射线能谱仪等检测手段对所制备样品进行表征。结果表明，所制备样品为纯相的单晶MnOOH纳米管，直径为200～500nm，长度可达几个微米。

La_(2/3)Ca_(1/3)MnO_3:Ag_(0.4)与La_(2/3)Ba_(1/3)MnO_3:Ag_(0.4)的制备及其性能研究

采用化学共沉淀法合成制备了Ag掺杂摩尔百分比为0.4的La2/3Ca1/3MnO3∶Ag0.4(LCMO∶Ag0.4)、La2/3Ba1/3MnO3∶Ag0.4(LBMO∶Ag0.4)多晶复合材料,通过XRD和R-T分别对两种材料的结构和性能进行测试分析。实验结果表明:所得样品均为正交晶系钙钛矿结构;LCMO∶Ag0.4的金属-绝缘转变温度(Tp=280.2 K)比LBMO∶Ag0.4要高(Tp=256.8 K);LCMO∶Ag0.4样品的电阻值比LBMO∶Ag0.4要小两个数量级;LCMO∶Ag0.4的TCR最大值为28%,要远远高于LBMO∶Ag0.4的TCR最大值(0.5%)。

纳米MnO_2的低热固相合成

以锰(Ⅱ)化合物和高锰酸钾为反应物,采用低热固相化学反应法,制备纳米MnO2,并对产物进行了XRD、TEM分析。结果表明:MnCl2·4H2O与KMnO4反应制得的产物为球形α-MnO2,粒径小于10nm;Mn(Ac)2·4H2O与KMnO4反应制得的产物为针状α-MnO2,直径为20nm,长为200nm。

部分化学还原γ-MnO_2的电化学性能

在不同的体系中 (水相和有机相介质 )以及不同的条件 (搅拌和超声 )下制备了具有不同还原度的Mn Ox(1 .5 5 <x<1 .8) ,并利用 XRD,IR,化学分析 ,TEM,充放电实验等对其进行了表征及性能研究 .结果表明 ,在水相中还原超声波可以加速还原反应 ,并且搅拌条件下制得的样品的主要晶型为α-Mn OOH,超声条件下制得的主要晶型为 γ-Mn OOH.还原样品放电性能得到提高 ,放电容量与 I.C.No.1 Mn O2 相比可以提高2 1 .5 % .

纳米网状MnO2薄膜电极的制备

针对MnO2存在导电性差、真实比容低、离子传导性差等问题,开发了新的制备方法,制备出了纳米网状结构的Ti基IrO2-MnO2纳米涂层。采用2种不同脉冲阳极电沉积法制备具有纳米网状结构的IrO2-MnO2纳米涂层,并利用XRD和场发射扫描电镜(FESEM)表征了工艺参数(不同沉积电流、沉积时间、沉积通断比)对IrO2-MnO2纳米网状结构生长状况的影响。研究表明:恒电流脉冲阳极电沉积法在沉积电流为2 mA,沉积时间10 min,沉积通断比为7∶1时得到的IrO2-MnO2纳米涂层其表面具有网状形貌。恒电位脉冲阳极电沉积法在沉积电位为1 V,沉积时间1 min,沉积通断比为5∶1能获得纳米网状MnO2;恒电位法脉冲阳极电沉积比恒电流法脉冲阳极电沉积制备的薄膜电极纳米网状形貌明显,电化学性能对比需进一步实验验证。

纳米MnO_2/Fe_3O_4对镉离子的静态吸附

采用水热合成法将Mn O_2包覆于纳米Fe_3O_4的表面,制备出纳米Mn O_2/Fe_3O_4,并将其用于含镉溶液的吸附。考察了吸附效果的影响因素,并研究了纳米Mn O_2/Fe_3O_4的重复使用性能。实验结果表明:在初始镉离子质量浓度为10 mg/L、吸附剂投加量为4 g/L、吸附温度为20℃、溶液p H为6.0、吸附时间为12 h的条件下,镉离子去除率由使用纳米Fe_3O_4时的3%增至使用纳米Mn O_2/Fe_3O_4时的96%;在初始镉离子质量浓度为50 mg/L、纳米Mn O_2/Fe_3O_4投加量为4 g/L、吸附温度为20℃、溶液p H为6.0、吸附时间为1 h的条件下,镉离子去除率达78%,吸附量为9.7 mg/g;经5次重复使用后,纳米Mn O_2/Fe_3O_4对镉离子的去除率仅比首次使用时降低了10百分点,具有良好的重复使用性能。

MnO2负载量对MnO2/HBeta分子筛催化二甲醚制六甲基苯反应性能的影响

在连续流动固定床反应器上考察了不同MnO_2负载量的MnO_2/HBeta分子筛催化二甲醚制六甲基苯的性能,结果表明:10%MnO_2改性HBeta有利于提高六甲基苯选择性。在常压、反应温度为280℃、空速为100h-1条件下,10%MnO_2/HBeta催化二甲醚反应,二甲醚转化率达76.36%,HMB选择性为25.1%。利用NH_3-TPD,Py-IR,BET及XRD等对催化剂的结构和性质进行表征,结果表明,随着MnO_2负载量的增加,MnO_2在催化剂中逐渐以晶体结构存在,且催化剂表面强酸中心逐渐增加,而催化剂B酸酸性呈现出先减弱后增强的趋势。10%MnO_2改性HBeta催化剂具有适宜的表面酸性,有利于HMB的生成。