[发明专利]含有非锰元素的四氧化三锰复合物、制备方法、使用的反应系统及其用途

说明书

本发明涉及一种四氧化三锰复合物的制备方法和系统，所述方法为：向含有锰源与非锰元素来源原料的反应液体混合物中通入微纳米气泡得到反应液气混合物，进行反应，得到含有非锰元素的四氧化三锰复合物；所述微纳米气泡中含有氧化性气体；微纳米气泡可以随溶剂通入，也可以直接随反应混合物通入，可以连续通入，也可以一次通入。本发明通过向含有锰源及其非锰元素来源原料的反应体系中通入氧化性气体的微纳米气泡，提高了氧化反应速率，缩短了氧化反应时间；本发明提高了四氧化三锰复合物的生成速率，降低了四氧化三锰复合物的粒度；提高了四氧化三锰复合物晶体发育的完整性和复合物的混合均匀性。

技术领域

本发明属于四氧化三锰复合物的制备领域，具体涉及一种四氧化三锰复合物的制备方法及所述制备方法使用的反应系统及所述反应系统的用途，所述四氧化三锰复合物的制备方法能够明显的缩短反应时间，提高锰含量，减少杂质和杂相的生成，提高目标四氧化三锰复合物的纯度，调控四氧化三锰复合物的结构和性能。

背景技术

锰元素是常见的变价金属元素之一，其氧化物形态有一氧化锰、四氧化三锰、三氧化二锰、二氧化锰等。锰的氧化物初级结构单元基本相同，都是锰氧八面体；二级结构单元相似，由共棱的锰氧八面体链或带状链连接而成。由于锰的价态可变(如Mn³⁺和Mn⁴⁺之间的相互转化)及晶体结构内部存在缺陷，锰氧化物结构具有相当大的可变性。同时，微观结构中孔道尺寸、形状、晶格缺陷以及晶体粒径的差异，使得锰氧化物的理化性质存在很大差异。

Mn₃O₄是锰的稳定氧化物之一，是一种重要的新型功能性材料，在空气净化、催化、电池、电化学和电磁学领域应用广泛。例如，在电学和磁学领域，可作为生产电子工业用软磁铁氧体的原料，也可用作存储信息的磁芯、磁带和磁盘，电话和电视用变压器、电感器、磁头、天线棒、磁放大器等。

四氧化三锰(Mn₃O₄)属四方晶系，具有尖晶石结构。Mn₃O₄一般被认为是一种由MnO和Mn₂O₃两种晶相混合而成的混合氧化物，其中二价锰位于锰氧四面体位置，三价锰位于锰氧八面体位置，在1170℃以下焙烧所得的四氧化三锰为扭曲的四方晶系的尖晶石结构，而在1170℃以上焙烧所得的结晶则为立方尖晶石结构。在自然界中，一般以黑锰矿的形式存在。Mn₃O₄在高温下能被H₂或CO还原成MnO，在O₂中氧化成MnO₂，它与盐酸共热时可以生成MnCl₂并放出氯气。

四氧化三锰中含有其他金属或非金属元素，能够提高四氧化三锰在上述应用领域的性能，特别是在铁氧体、空气净化、电池、电容器、催化剂等应用领域。

Mn₃O₄的制备方法可分为还原法、氧化法和氧化还原法。

还原法主要是利用含Mn³⁺、Mn⁴⁺、Mn⁵⁺和Mn⁷⁺的化合物发生还原反应而得到(如CN103991910A)，还原反应既可以在液相中发生，也可以通过固相高温焙烧实现(如CN101177304)。

氧化还原法是将低价锰的化合物与高价锰的化合物在一定条件下混合，发生氧化还原反应得到(CN1232788、CN101177304、CN102765760A、CN102786095A)。

氧化法主要是利用金属锰或Mn²⁺的化合物进行氧化反应得到，氧化反应既可以在液相中发生(CN1814551、CN1935673、CN101219809)，也可以通过固相高温焙烧实现(CN1295978、CN1365949、CN102060332A)。