一種納米四氧化三錳的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米四氧化三錳的制備方法，其特征在于：采用廢棄的香蕉皮為原料，風(fēng)干切成小片，用水加溫提取有效成分，再與高錳酸鉀反應(yīng)，過濾，干燥得到顆粒尺寸為10-80納米、具有良好的電容特性及較高的儲能特性的超級電容器的電極材料納米四氧化三錳。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，制備工藝簡單、低成本、綠色環(huán)保、資源豐富，產(chǎn)品具有應(yīng)用優(yōu)勢，有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。
【專利說明】一種納米四氧化三錳的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超級電容器電極材料的制備方法，特別是一種納米四氧化三錳的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲能元件，在移動通訊、信息技術(shù)、工業(yè)領(lǐng)域、消費(fèi)電子、電動汽車、航空航天和國防科技等方面具有極其重要和廣闊的應(yīng)用前景。在現(xiàn)有的超級電容器電極材料中，因四氧化三錳具有儲量豐富、價格低廉、對環(huán)境友好及在中性電解液中表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，而成為倍受關(guān)注的超級電容器電極材料。
[0003]納米四氧化三錳因其具有較高的比表面積及較小的顆粒尺寸，而具有比塊體材料(bulk materials)更好的電化學(xué)性能。目前，制備四氧化三錳的制備方法有溶膠-凝膠法、水熱法、熱分解法、沉淀法、微波輻射法等。但是，采這些方法通常需要特殊的設(shè)備，或需要高溫或高能量，很難規(guī)?；苽洹８匾氖?，這些常規(guī)的方法制備四氧化三錳所采用的化學(xué)藥品一般都有毒，或者具有腐蝕性，這對于環(huán)境及操作人員都是十分有害的。
[0004]近年來，采用一些天然植物或生物，如微生物、酶、真菌、水果、植物、農(nóng)業(yè)廢物的提取物(extract)為原料,制備金屬或金屬氧化物納米顆粒成為熱點(diǎn)。如Xie等人采用綠色iM^Chlorella raJgaris 提取物合成銀納米片(Jianping Xie, Jim Yang Lee, Daniel 1.C.Wang, Yen Peng Ting.Silver nanoplates: From biological to biomimetic synthesis[J].ACS Nano, 2007，1 (5): 429-239)。Sathishkumar 等人用細(xì) 7(9-- 提取物制備了氧化韋告納料顆粒(M.Sathishkumarj K.Snehaj Y.-S.Yun.Green fabrication of zirconianano-chains using novel Curcuma longa tuber extract [J].Materials Letters, 2013，98: 242-245)。
[0005]香蕉是人類最喜愛的水果之一。根據(jù)不完全統(tǒng)計，世界上每年有超過100萬噸的香蕉被消費(fèi)，而香蕉皮卻一般被丟棄。文獻(xiàn)中有釆用香蕉皮提取物來制備納米材料的報道，如Venkateswarlu報道了釆用香蕉皮提取物制備納米Fe3O4，并研究了它的磁學(xué)特性(Sada Venkateswarlu，Y.Subba Rao，T.Balajij B.Prathimaj N.V.V.Jyoth1.Biogenic synthesis of Fe3O4 magnetic nanoparticles using Plantain peel extract [J].Materials Letters, 2013，100: 241_244);Bankar等人釆用香蕉皮提取物制備了金與鈕納米顆粒(Ashok Bankar，Bhagyashree Joshij Ameeta Ravi Kumar, Smita Zinjarde.Bananapeel extract mediated synthesis of gold nanoparticles [J].Colloids and surfaces B:biointerfaces.2010， 80(1): 45-50 與 Ashok Bankar， Bhagyashree Joshij Ameeta RaviKumar, Smita Zinjarde.Banana peel extract mediated novel route for the synthesis ofpalladium nanoparticles [J]，Materials Letters.2010，64(18): 1951-1953)。
[0006]環(huán)保、循環(huán)利用是現(xiàn)在社會提倡的生活方式，因此環(huán)保的加工方式是人們急需的重大課題。然而，現(xiàn)有的納米四氧化三錳加工方式復(fù)雜、成本較高、不環(huán)保等技術(shù)缺點(diǎn)，急需尋找一種具有加工簡便、低成本、綠色環(huán)保制備納米四氧化三錳的方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有納米四氧化三錳的制備方法的不足，采用廢棄的香蕉皮為原料，制備具有良好的電容特性及較高的儲能特性的超級電容器的電極材料，制備工藝簡單、低成本、綠色環(huán)保的一種納米四氧化三錳的制備方法。
[0008]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種納米四氧化三錳的制備方法，其特征在于:具體步驟:
(1)將收集到的香蕉皮除雜，并用水清洗，然后在室溫通風(fēng)條件下風(fēng)干一段時間，把風(fēng)干后的香蕉皮切成小片，再將切成小片的香蕉皮放入一定比例的水中，并在一定的溫度下回流一段時間，將其過濾得到香蕉皮提取物備用；
(2)將步驟(1)的香蕉皮提取物逐滴加入到一定濃度的高錳酸鉀溶液中反應(yīng)，并同時不間斷的攪拌，過濾得到沉淀物備用；
(3)將步驟(2)的沉淀物在一定溫度下烘干得到納米四氧化三錳。
[0009]以上步驟(1)所 述的風(fēng)干控制時間為2-5天。
[0010]以上步驟(1)所述的一定比例的水為控制水與香蕉皮片的重量比為10-30:1，所述的水為去離子水。
[0011]以上步驟(1)所述的回流控制溫度為85-95°C，時間為5-10小時。
[0012]以上步驟(2)所述的攪拌控制時間為3-5小時。
[0013]以上步驟(2)所述的反應(yīng)投料控制香蕉皮提取物5-15重量份，高錳酸鉀溶液85-95重量份，所述的高錳酸鉀溶液是由0.5-10份高錳酸鉀與90-99.5份去離子水制備而得。
[0014]以上步驟(3)所述的烘干控制溫度是55-65°C。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
1、本發(fā)明采用廢棄的香蕉皮作為原材料來制備納米四氧化三錳，為循環(huán)利用廢棄的香蕉皮又增加了一種利用方式，使得資源能夠更加充分的利用。
[0016]2、本發(fā)明采用香蕉皮提取物作為還原劑和穩(wěn)定劑用于制備納米四氧化三錳，制得的四氧化三錳顆粒經(jīng)過檢測尺寸為10-80納米，納米四氧化三錳顆粒因具有良好的電容特性及較高的儲能特性，可用作為超級電容器的電極材料。
[0017]3、本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)的納米四氧化三錳的制備方法，具有加工簡單、低成本、綠色環(huán)保、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，電極材料更有應(yīng)用優(yōu)勢，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備得的四氧化三錳的X射線衍射圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備得的納米四氧化三錳粉體的掃描電鏡圖片；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備得的納米四氧化三錳所制得的電極在0.5 M Na2SO4中的循環(huán)伏安曲線；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例1制備得的納米四氧化三錳所制得的電極在0.5 M Na2SO4中的計時電位曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的突出特點(diǎn)，而絕不限本發(fā)明。
[0020]實(shí)施例1:
將收集到的香蕉皮除雜，并用水清洗后，在室溫條件下干燥5天，再取3公斤干燥后的香蕉皮片放入溫度為90°C重量為30公斤的去離子水中，并使去離子水回流5小時，然后過濾得到香蕉皮提取物，經(jīng)過稱重香蕉皮提取物為1.5公斤，將得到的香蕉皮提取物逐滴加入8.5公斤濃度為1%的高錳酸鉀溶液中，同時保持不間斷攪拌5小時，再過濾得到褐色沉淀，并將褐色沉淀放置于溫度為60°C的條件下烘干，最后得到最終產(chǎn)物。
[0021]檢測:XRD表征顯示該產(chǎn)品為四氧化三錳(附圖1所示)，樣品的衍峰與Mn3O4 (卡號為80-0382)標(biāo)準(zhǔn)卡片吻合較好。粉體的掃描電鏡相片(圖2)可看出其形狀為球狀，直徑為20-50納米。
[0022]將制備得到的納米四氧化三錳粉體制備成電極，在0.5 M Na2SO4電解液中，電位區(qū)間為-0.2-0.8伏進(jìn)行循環(huán)伏安性能測試，結(jié)果如圖3所示，可發(fā)現(xiàn)電極在Na2SO4溶液中具有較好的電容特性。將制備得到的電極在0.5 M Na2SO4中電流密度為0.3 A g—1下測試恒流充放性能分析，結(jié)果如圖4所示，可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明制備的四氧化三錳電極的比容量為216 F g-1,可作為超級電容器電極材料使用。
[0023]實(shí)施例2:
將收集到的香蕉皮除雜，并用水清洗后，在室溫條件下干燥4天，再取1.5公斤干燥后的香蕉皮片放入溫度為85°C重量為20公斤的去離子水中，并使去離子水回流7小時，然后過濾得到香蕉皮提取物，經(jīng)過稱重香蕉皮提取物為I公斤，將得到的香蕉皮提取物逐滴加入9.5公斤濃度為7%的高錳酸鉀溶液中，同時保持不間斷攪拌3小時，再過濾得到褐色沉淀，并將褐色沉淀放置于溫度為55°C的條件下烘干，最后得到最終產(chǎn)物。
[0024]檢測:XRD表征顯示該產(chǎn)品為四氧化三錳，樣品的衍峰與Mn3O4 (卡號為80-0382)標(biāo)準(zhǔn)卡片吻合較好，從所得粉體的掃描電鏡相片可看出其形貌為球狀，直徑為40-80納米。
[0025]將制備得到的納米四氧化三錳粉體制備成電極，在0.5 M Na2SO4中，電位區(qū)間為-0.2-0.8伏進(jìn)行循環(huán)伏安性能測試，可發(fā)現(xiàn)電極在Na2SO4溶液中具有較好的電容特性。將制備得到的電極在0.5 M Na2SO4中電流密度為0.3 A g—1下測試恒流充放性能分析，可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明制備的四氧化三錳電極的比容量為201 F g_S可作為超級電容器電極材料使用。
[0026]實(shí)施例3:
將收集到的香蕉皮除雜，并用水清洗后，在室溫條件下干燥3.5天，再取4.5公斤干燥后的香蕉皮片放入溫度為95°C重量為10公斤的去離子水中，并使去離子水回流10小時，然后過濾得到香蕉皮提取物，經(jīng)過稱重香蕉皮提取物為1.5公斤，將得到的香蕉皮提取物逐滴加入27公斤濃度為5%的高錳酸鉀溶液中，同時保持不間斷攪拌4小時，再過濾得到褐色沉淀，并將褐色沉淀放 置于溫度為65°C的條件下烘干，最后得到最終產(chǎn)物。
[0027]檢測:XRD表征顯示該產(chǎn)品為四氧化三錳，樣品的衍峰與Mn3O4 (卡號為80-0382)標(biāo)準(zhǔn)卡片吻合較好，從所得粉體的掃描電鏡相片可看出其形貌為球狀，直徑為10-50納米。
[0028]將制備得到的納米四氧化三錳粉體制備成電極，在0.5 M Na2SO4中，電位區(qū)間為-0.2-0.8伏進(jìn)行循環(huán)伏安性能測試，可發(fā)現(xiàn)電極在Na2SO4溶液中具有較好的電容特性。將制備得到的電極在0.5 M Na2SO4中電流密度為0.3 A g—1下測試恒流充放性能分析，可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明制備的四氧化三錳電極的比容量為194 F g_S可作為超級電容器電極材料使用。
[0029]以上所述的實(shí)施例 ，只是本發(fā)明的較優(yōu)選的具體方式之一，本領(lǐng)域的技術(shù)員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種納米四氧化三錳的制備方法，其特征在于:具體步驟: (1)將收集到的香蕉皮除雜，并用水清洗，然后在室溫通風(fēng)條件下風(fēng)干一段時間，把風(fēng)干后的香蕉皮切成小片，再將切成小片的香蕉皮放入一定比例的水中，并在一定的溫度下回流一段時間，將其過濾得到香蕉皮提取物備用； (2)將步驟(1)的香蕉皮提取物逐滴加入到一定濃度的高錳酸鉀溶液中反應(yīng)，并同時不間斷的攪拌，過濾得到沉淀物備用； (3)將步驟(2)的沉淀物在一定溫度下烘干得到納米四氧化三錳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米四氧化三錳的制備方法，其特征在于:步驟(1)所述的風(fēng)干控制時間為2-5天。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米四氧化三錳的制備方法，其特征在于:步驟(1)所述的一定比例的水為控制水與香蕉皮片的重量比為10-30:1，所述的水為去離子水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米四氧化三錳的制備方法，其特征在于:步驟(1)所述的回流控制溫度為85-95°C，時間為5-10小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米四氧化三錳的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述的攪拌控制時間為3-5小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米四氧化三錳的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述的反應(yīng)投料控制香蕉皮提取物5 -15重量份，高錳酸鉀溶液85-95重量份，所述的高錳酸鉀溶液是由0.5-10份高錳酸鉀與90-99.5份去離子水制備而得。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米四氧化三錳的制備方法，其特征在于:步驟(3)所述的沉淀物烘干的控制溫度是55-65 °C。
【文檔編號】H01G11/46GK103991910SQ201410218372
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】顏東亮, 徐華蕊, 朱歸勝 申請人:桂林電子科技大學(xué)