《高等无机化学》课程论文文献综述

高等无机化学课程论文文献综述综述题目化学二氧化锰研究进展作者所在系别理学院化学系作者所在专业物理化学作 者 姓 名余艳霞作 者 学 号12S007044导 师 姓 名雷圣宾导 师 职 称教授完 成 时 间2013年4月哈尔滨工业大学材料化学教研室制说 明1文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。2学生撰写文献综述，阅读的主要参考文献应在10篇以上。本课程的相关教材也可列为参考资料，但必须注明参考的具体页码。3文献综述的撰写格式按撰写规范的要求，字数在2000字左右。化学二氧化锰研究进展二氧化锰是化学电源的重要原料之一,广泛用于锌-锰、 锂-锰及镁-锰电池中.每年世界电池耗用各类二氧化锰在40 万吨以上.特别是对高品质二氧化锰的需求量正日益增加,工业用二氧化锰可分为三大类： 天然二氧化锰 （NMD） 、化学二氧化锰 （CMD） 、 电解二氧化锰(EMD).由于 EMD的纯度较高(一般90%)、 晶型好(型)、 电性能好1。化学二氧化锰( Chemical Manganese Dioxide， 简称 CMD) 是指采用化学方法合成的二氧化锰， 它是一种性能优良 环境友好 科技含量较高的无机功能材料 其应用十分广泛， 在电子行业中用作制锰锌铁氧体磁性材料， 在化学工业中用作氧化剂 催化剂吸附剂， 在电池工业中用作电池的正极材料。 化学二氧化锰除具有离子交换 、分子吸附性能以及优越的电化学性能外， 同时由于其制备工艺灵活多样，其比表面积、 晶型结构及化学活性可通过改变合成工艺条件来调控， 因此其与电解二氧化锰相比具有更优越的性能 因此， 近年来有关化学二氧化锰的制备及其应用方面的研究引起人们极大的兴趣 许多研究者已经用化学法通过控制不同的反应条件合成出不同晶型结构(、 ) 和不同用途的化学二氧化锰。 EMD的耗电多、 成本高、 生产周期长、 投资大,已经不能满足迅猛发展的电池工业对优质二氧化锰的需求.而CMD的生产成本低,性能接近于 EMD,具有很大的开发潜力.中国是世界上最大的电池生产国和出口国,仅 2005 年,一次二氧化锰电池出口就达到 199 亿只.2006 年电池用 EMD达115000t,占全球的 37%以上2.世界上CMD的生产规模最大、 影响最广的是比利时的原 Sedema 公司3.1化学二氧化锰制备方法此法是将硝酸锰溶液通过加热, 使其分解为二氧化锰, 与碳酸锰热分解法一样, 也是沿用已久的方法。硝酸锰热分解法是将锰矿用硝酸浸取制得硝酸锰溶液, 过滤浓缩后进行热分解, 制得粗二氧化锰。尾气用水或稀硝酸吸收, 生成硝酸可回收使用。粗二氧化锰经精制后得高质量二氧化锰。硝酸锰热分解法的主要化学反应方程式如下: Mn(NO3)2 MnO2+2NO2硝酸锰热解法工艺流程见图1。还原焙烧HNO3浸出过滤净化浓缩热解产品矿石图1硝酸锰热解法工艺流程 Welsh 4将含有碱土和碱金属硝酸盐的硝酸锰溶液喷射成雾状, 使其部分分解为MnO2 和NO2, 使含MnO2 的硝酸锰溶液与硝酸盐再结合, 可全部分解成MnO2。Faber 5报道了在热空气流中加热硝酸锰制得MnO2 的方法。有人 6还提出用微波加热硝酸锰得到具有高电活性的化学二氧化锰的方法。硝酸锰热解法生产CMD的优势在于生产出的CMD的产品质量较高,可用于电池的生产,但生产过程中要用到硝酸,不仅生产成本较高,且对设备的要求也较高,过程分解出有毒NO2气体不利于人的健康。1. 2碳酸锰热分解法碳酸锰热分解法是先将锰盐沉淀制成碳酸锰，然后将碳酸锰焙烧，使其热解氧化生成粗二氧化锰，最后将粗二氧化锰用氧化剂氧化制成化学二氧化锰 而制取碳酸锰最普遍使用的方法是硫酸锰碳酸氢铵沉淀法和氨基甲酸铵法。氨基甲酸铵法是将天然锰矿磨成细粉，将高价锰氧化物还原成MnO ，再把MnO 溶解在氨基甲酸铵溶液中，将氨基甲酸锰盐分解，沉淀得到致密碳酸锰 .然后将碳酸锰热分解成粗二氧化锰，将粗MnO2用硫酸酸化的氯酸钠精制氧化得到精制二氧化锰美国化学公司于 1952年即用此法生产CMD ，比利时sedema 公司于 20世纪 60年代开始用此法生产CMD至今，它是目前世界上生产规模最大最具代表性的 CMD生产企业.Moulton7于1949 年用氨气中和MnSO4, 通过喷嘴喷入空气, 可以得到含MnO2 为70% - 80% 的CMD.后来Goodrich 公司8先把MnSO4 变为MnCl2,以石灰乳作中和剂,通入氯气,氧化得到MnO2.20 世纪50 年代有MnSO4 溶液中加入NaOH 和NaClO 进行氧化的. 也有用Mn (NO3)2 和氨或石灰中和的Mn(OH)2 沉淀,然后用氯气进行氧化的.1961 年法国温德公司9沿用上述方法制得氧化锰(MnOx 中的x1.5)后, 经歧化反应, 使MnOx 中的x=1.9- 1.95.Yamamoto 等人10通过向二价锰盐的溶液中加入碱金属氢氧化物溶液生成氢氧化锰, 然后加入高锰酸钾氧化制备出具有高比表面的二氧化锰.张碧泉等人11用直接氧化法生成的初级二氧化锰经饱和水蒸气处理后, 进行重质化处理, 所制成的化学二氧化锰适用于碱性锌锰电池,将样品制成LR03 实体进行放电,其性能接近WSA(CMD)的水平.1.4 高锰酸盐的还原用煮沸的MnS04 溶液还原高锰酸盐可得到- MnO212, 用MnS04 溶液还原碱性高锰酸钾可得到有催化活性的MnO213.让H2O2 和KMnO4 作用或加稀的MnS04 溶液于稀的KMnO4 溶液中,都可得到- MnO2.还有报导说：将6mol/L HCl 加入0.1mol/L, 沸腾的KMnO4 溶液中,能得到棕褐色含有钾离子的- MnO2沉淀, 该产品表现出良好的放电性能. 还有人用四硼酸钠在弱碱性介质中还原高锰酸盐而得到活性MnO2.Baxi14等人用KI 或MnSO4 在碱性介质中还原KMn04 得到了具有良好离子交换性能的水合物.2 结束语当前中国工业生产化学二氧化锰的主要方法是碳酸锰热分解法和硝酸锰热分解法, 其中碳酸锰热分解法因为原料易得, 工艺条件较易控制而得以广泛采用, 但是仍需提高产品的整体质量以满足电池工业对高性能二氧化锰的要求; 硝酸锰热分解法产品质量较高, 产品可以应用于电子领域以及作为高纯催化剂等。随着中国对高质量二氧化锰需求的不断增长,化学二氧化锰的研究仍将是化学领域的热点之一。随着研究的深入, 新的化学工艺将不断出现, 化学二氧化锰的性能会越来越好。参考文献1何英.电池用化学二氧化锰的制造方法及其进展J.电池工业,1997,4(6):230- 233.2 李同庆.变化中的全球电解二氧化锰市场J.中国锰业,2006,24(3):6- 9.3 贺周初,刘昱霖.化学二氧化锰生产工艺J.电池,2003,(33)3:171- 172.4Welsh JY. PreparationofActivatedMnO2: US, 800255P. 1980.5Faber P. Manufacture of MnO2by thermal decomposition ofMn(NO3)2 J. Chem. lng. Tech. , 1977, 49: 333.6FujiElectrochemicalCo.Preparation of Highly Activated MnO2: JpnKokaiKoho, 81164017P. 1981-12-18.7 Ra lph W Moulton.Method of Chemically Precipitated MnO2P.U.S.Pa t:2459714,1949- 07- 22.8 Goodric h,BF BirtCo. Chemically Preparation of Manganese Dioxide P.US Pa t: 2674313,1952- 07- 16.9 Alfre Grounde t. Process for Preparation of Manganese Dioxide P.Fr Pa t: 1518624,1968- 04- 09.10 Ya ma moto,Sa da a ki.Manufacture of Manganese Dioxide Having High Specifc Surface Are a P.Jpn.Koka i TokkyoKoho,JP 07118018,1995- 03- 09.11 张碧泉,卢兆忠,王玉玲.碱性锌锰电池用化学二氧化锰的研制J.应用化学,1998(4):64- 67.12 Ta ka ha shi K.Preparation of - MnO2 by wear procession of natural MnO2J.Electrochem Ac ta ,1981(26):213.13 Hunte r J C.The crystal study of chemical mangamese dioxide J.Solid StateChem,1999(39):78.14 Tanabeeta l I.The physicochemical and electrochemical properties of chemcal MnO2J.Symp Proc ,1995(2):85.任课教师评语 任课教师： 年 月 日