锌离子锰氧化物正极材料制备研究

正极材料是影响锌离子电池性能的主要因素,二氧化锰正极是有效的储锌材料。以KMnO_(4)和MnSO_(4)·H_(2)O为原料通过共沉淀法制备α-MnO_(2),研究了不同温度下合成的α-MnO_(2)正极材料以及电解液组成对水系锌离子电池性能的影响。结果表明:25℃下合成的α-MnO_(2)作为正极材料,在ZnSO4和MnSO4组成的混合电解液中电化学性能优良,其首次充电比容量达到262.9 mAh·g^(-1)。

水溶液中二氧化锰对铀的吸附

用流动色谱法测定了二氧化锰的比表面积及其对铀的吸附等温线，考察了吸附温度、溶液ｐＨ值等因素对二氧化锰吸附铀的影响．结果表明，二氧化锰对铀（Ⅵ）的平衡吸附量随吸附温度的升高而增加．在本文条件下，２５ｍｉｎ可达到吸附平衡，ｐＨ＝６左右平衡吸附量达最大值，吸附模型符合Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附等温式．对其吸附机理进行了讨论．

δ-MnO_2的制备及其对水中Cd^(2+)的吸附

利用溶液中MnSO4与KMnO4之间的氧化还原反应制备了δ-MnO2。用透射电镜和BET法对δ-MnO2进行了表征。实验结果表明:δ-MnO2比表面积为324.58m2/g,孔体积为0.39cm3/g,孔径为4.82nm。对Cd2+的吸附实验结果表明:δ-MnO2对Cd2+具有很强的吸附能力,吸附作用强烈依赖体系的pH,吸附边界pH为2.50;pH为6.05时Cd2+的吸附率为98.5%。宏观的吸附-解吸热力学实验证明:当pH为3.30时,为可逆吸附;当pH为6.05时,吸附过程存在固体浓度效应,为不可逆吸附。吸附过程主要为一价阳离子的交换吸附。

硅胶负载二氧化锰吸附重金属的研究

该文以原位合成法制得S-MnO2吸附剂, 并采用XRD、FT-IR、SEM、BET/BJH等方法进行表征。考察了吸附反应时间、吸附剂用量、水浴温度、反应溶液酸碱度对S-MnO2吸附重金属离子的影响。结果表明,S-MnO2的吸附效果良好, 去除率近100%,尤其是Cu^2+、Pb^2+、Zn^2+等重金属离子都达到了饮用水标准。As^5+在5 min内即可达到吸附平衡且S-MnO2几乎不受溶液酸碱度的影响,可在大范围pH (2~10)条件下使用。该材料成本低、效率高、使用范围广、固液分离快、无二次污染,在未来的矿山废水处理领域中有着广泛的应用前景。

二氧化锰基纳米材料对重金属离子的去除及机理研究进展

重金属离子对人类健康和环境安全产生了严重威胁,因此重金属废水高效处理成为了环境领域最具挑战性的热点问题之一.二氧化锰(MnO2)是一种环境友好型金属氧化物,具有来源广泛、成本低廉、形貌多样、晶型丰富、结构稳定、粒径可控等优异的性质,在重金属离子的去除应用上展现出巨大的潜力.近年来,人们利用MnO2基纳米材料在重金属离子的有效治理方面开展了大量的研究.本文综述了MnO2基纳米材料在重金属离子环境修复方面取得的研究进展,包括MnO2的制备和改性方法,MnO2基纳米材料在水溶液重金属离子去除中的应用及吸附作用机制,并对研究方向进行了总结和展望,旨在为进一步设计合成对重金属离子的吸附去除具有实际应用价值的MnO2基纳米材料提供参考.

基于不同晶型二氧化锰和锌复合金属的锌离子电池电化学性能研究

为了进一步提高锌离子电池的性能,同时对电池正极和负极进行设计。首先以过硫酸铵[(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)]与硫酸锰(MnSO_(4))为原料,通过调节原料不同浓度比,利用液相共沉淀法合成了不同晶型的二氧化锰(MnO_(2)),研究发现随着(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)∶MnSO_(4)摩尔浓度比的增大,MnO_(2)晶型由海胆状γ-MnO_(2)逐渐转变成细棒状α-MnO_(2)。通过将MnO_(2)粉末样品制成锌离子电池正极材料,并组装电池测试电化学性能后发现,海胆状γ-MnO_(2)相比于细棒状α-MnO_(2)具有更高的比容量,在0.1A/g的电流密度下γ-MnO_(2)可达到354mAh/g的高放电比容量,而α-MnO_(2)的放电比容量为200mAh/g。其次以锡为基底通过电沉积锌制备了锡/锌(Sn/Zn)金属复合负极改进了负极性能。最后选取高容量的γ-MnO_(2)为正极并匹配Sn/Zn负极装配成γ-MnO_(2)||Sn/Zn锌离子电池,其在1A/g的电流密度下循环1000圈依旧维持125mAh/g的容量。

FeOOH-MnO_(2)修饰海泡石纤维及其对As(Ⅴ)的吸附性能

为提高海泡石对废水中重金属离子砷As(Ⅴ)的吸附效能,以海泡石为基体,以KMnO_(4)、 MnCl_(2)、 FeCl_(2)为金属源,以尿素为沉淀剂,采用水热法制备纳米棒状结构羟基氧化铁-二氧化锰(FeOOH-MnO_(2))修饰的海泡石纤维样品;采用XRD、 SEM、 TEM、 BET、 XPS等对样品进行表征,并进行样品对As(Ⅴ)的吸附性能实验研究;讨论样品的合成与吸附机理。结果表明:FeOOH-MnO_(2)呈短棒状均匀负载在海泡石纤维上;样品比表面积最高可达77.4 m^(2)/g;当pH为7、室温条件下,对As(Ⅴ)的最大吸附容量为124.3 mg/g;样品对As(Ⅴ)的吸附是化学吸附,遵循Freundlich等温吸附模型;该吸附剂表现出良好的吸附循环性能,第5次循环后As(Ⅴ)去除率保持在90%左右。

高稳定性水系锌离子电池正极材料MnO2@MgO的制备与性能

采用共沉淀法和热分解法合成了具有核壳结构的MnO2@MgO微球。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对材料进行表征,结果发现包覆MgO不改变MnO2的结构,包覆层由纳米颗粒组成,厚度约为50 nm。电化学性能结果显示,包覆后材料的放电比容量明显提高,在100 mA·g^-1电流密度下,最大放电比容量为274.3 mAh·g^-1,比未包覆材料提高了12.8%。在1000 mA·g^-1电流密度下经过500次循环后,包覆后材料的放电比容量保持率高达84.1%,表现出优异的循环稳定性。MgO包覆层的存在避免了MnO2与电解液之间直接接触,抑制了电极材料在充放电过程中锰的溶解,从而显著提高MnO2的循环性能。

海藻酸钠-水合二氧化锰功能球对Cu(Ⅱ)的吸附性能研究

以海藻酸钠(SA)和水合二氧化锰(HMO)为材料,采用包埋法,通过溶胶-凝胶过程制备毫米级(2.9~3.1mm)海藻酸钠负载水合二氧化锰(SA-HMO)功能球,研究了pH值、初始吸附浓度、吸附时间以及温度等因素对吸附过程的影响。结果表明:SA-HMO功能球吸附Cu(Ⅱ)的最佳pH值为5.5;对Cu(Ⅱ)的吸附过程在14h达到平衡,功能球对Cu(Ⅱ)的饱和吸附量为360mg/g,吸附是自发的吸热及熵增过程;吸附等温线模型拟合结果表明,SA-HMO对Cu(Ⅱ)的吸附行为更符合Freundlich模型,说明该吸附过程可能既涉及单层吸附又涉及多层吸附;拟一级和拟二级动力学模型拟合结果表明,该吸附过程可能同时存在物理作用与化学作用。

掺杂不同阳离子对二氧化锰结构和吸附性能的影响

以高锰酸钾和盐酸为反应物,分别掺杂Mg^(2+)、Cu^(2+)和Fe^(3+)通过水热反应制备二氧化锰。对产物结构进行X射线粉末衍射、扫描电镜和能量散射X射线、红外光谱等方法表征,探讨掺杂的金属离子对MnO_(2)结构的影响。结果表明空白和掺杂Mg、Cu所合成的样品均为微米级花球状δ-MnO_(2),但掺杂Fe^(3+)的MnO_(2)晶体结构变化,组成花球的片的厚度和花球尺寸(0.3-1μm)大大减小,其比表面积达233.45m~2·g^(-1)。采用正交L(4^(5))探讨吸附MB的最佳工艺参数为:掺杂Fe^(3+)的MnO_(2)、吸附时间24h、投加量0.1g、亚甲基蓝浓度50mg/L,此时MB去除率达到95.17%。最佳工艺条件下循环吸附4次,去除率仍可达85.62%。

纳米复合水凝胶的制备及其对重金属离子的吸附

以N-羟甲基丙烯酰胺(HMAm)和2-丙烯酸羟乙酯(HEA)为共聚单体,采用60Co-γ射线低温辐照法,制备了具酰胺基和羟基的新型聚合物水凝胶p(HMAm/HEA),运用原位沉淀法制备了纳米复合水凝胶HMO-p(HMAm/HEA),用于对重金属离子Pb^(2+)和Cu^(2+)的去除.应用SEM、TEM、FTIR等方法对水凝胶进行表征,表征结果证明p(HMAm/HEA)是HMAm和HEA的共聚产物,且纳米水合氧化锰(HMO)成功负载.探讨了溶液初始p H值、反应温度、重金属初始浓度、反应时间、竞争性Ca^(2+)和Na+浓度等因素对纳米复合水凝胶吸附过程的影响,研究表明HMO-p(HMAm/HEA)对Pb^(2+)和Cu^(2+)的吸附过程不受温度的影响;吸附量随着溶液初始p H的升高而增加;吸附过程属于Langmuir单分子层吸附;吸附动力学过程符合准二级动力学吸附;高浓度的Ca^(2+)和Na^+对吸附过程影响不大.XPS图谱进一步证明吸附机制是重金属离子与羟基间的离子交换作用.采用0.05 mol·L^(-1)的HCl溶液为脱附剂,经过4次吸附-脱附循环再生后,纳米复合水凝胶重复利用性好.