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    热液条件下钙锰矿的合成及其影响因素

    冯雄汉 谭文峰 刘凡 许永胜 王贻俊

    冯雄汉, 谭文峰, 刘凡, 许永胜, 王贻俊, 2005. 热液条件下钙锰矿的合成及其影响因素. 地球科学, 30(3): 347-352.
    引用本文: 冯雄汉, 谭文峰, 刘凡, 许永胜, 王贻俊, 2005. 热液条件下钙锰矿的合成及其影响因素. 地球科学, 30(3): 347-352.
    FENG Xiong-han, TAN Wen-feng, LIU Fan, XU Yong-sheng, WANG Yi-jun, 2005. Hydrothermal Synthesis of Todorokite and Its Influencing Factors. Earth Science, 30(3): 347-352.
    Citation: FENG Xiong-han, TAN Wen-feng, LIU Fan, XU Yong-sheng, WANG Yi-jun, 2005. Hydrothermal Synthesis of Todorokite and Its Influencing Factors. Earth Science, 30(3): 347-352.

    热液条件下钙锰矿的合成及其影响因素

    基金项目: 

    国家自然科学基金项目 40403009

    高等学校博士点基金 2002050411

    详细信息
      作者简介:

      冯雄汉(1973-), 男, 从事土壤化学与环境地球化学研究.E-mail: fxh73@mail.hzau.edu.cn

    • 中图分类号: P579;P578.4;P611.4

    Hydrothermal Synthesis of Todorokite and Its Influencing Factors

    • 摘要: 钙锰矿具有3× 3的大隧道构造, 广泛分布于大洋锰结壳和锰结核等环境中, 其性质和成因倍受关注.以改进方法制备的水钠锰矿(birnessite)为前驱物, Mg2+交换后得到Mg-水钠锰矿(或称布塞尔矿, buserite), 经热液处理合成了结晶度高的单相钙锰矿(todorokite), 采用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)等技术探讨了热液温度、体系压力和处理时间等因素对钙锰矿合成的影响.结果表明: 合成的钙锰矿与天然钙锰矿有相同的形貌和生长特征, 呈纤维状, 沿120°三连晶生长, 平均化学组成为Mg0.16MnO2.07 0.82H2O.在实验条件下, 热液温度和处理时间是影响钙锰矿合成的主要因素; 而通过改变高压釜的填充度引起体系压力的变化对钙锰矿合成的影响较小, 体系压力并不是钙锰矿形成的主要影响因素.热液温度越高, Mg-水钠锰矿转化为钙锰矿的速率越快, 完全转化为钙锰矿所需的处理时间越短.热液温度分别为120℃、160℃和200℃时, Mg-水钠锰矿完全转化为钙锰矿所需的时间分别为6 h、4 h和2 h; 但热液温度高于160℃时, 易生成水锰矿杂质.延长处理时间与提高热液温度具有相似的影响规律.这进一步明确了钙锰矿的生成条件, 可为阐明钙锰矿的形成机制和促进其在材料科学中的应用提供理论依据.

       

    • 图  1  不同条件下合成钙锰矿的XRD图谱

      Fig.  1.  XRD patterns of the synthetic todorokite in different conditions

      图  2  160 ℃热液处理4 h合成钙锰矿的透射电镜像

      a.形貌图; b.三连晶的高倍电镜像和[001]取向电子衍射图

      Fig.  2.  TEM images of synthetic todorokite for 4 h at 160 ℃

      图  3  钙锰矿的生成条件图解

      Fig.  3.  Scheme for formation condition of todorokite

    • Duncan, M. J., Leroux, F., Corbeit, J. M., et al., 1998. Todorokite as a Li insertion cathode: Comparison of a large tunnel framework" MnO2" structure with its related layered structure. Journal of Electrochemical Society, 145(11): 3746-3757. doi: 10.1149/1.1838869
      Feng, X.H., Liu, F., Tan, W.F., et al., 2003. Reflux synthesis of todorokite and its preliminary characteristics. Science in China(Series D), 33(11): 1084-1093(in Chinese).
      Feng, X.H., Liu, F., Tan, W.F., et al., 2002. The factors influencing synthesis of birnessites in alkali media. Geochimica, 31(5): 495-500(in Chinese with English abstract).
      Golden, D.C., Chen, C.C., Dixon, J.B., 1987. Transformation of birnessite to buserite, todorokite, and manganite under mild hydrothermal treatment. Clays and Clay Minerals, 35: 271-280. doi: 10.1346/CCMN.1987.0350404
      Golden, D.C., Chen, C.C., Dixon, J.B., 1986. Synthesis of todorokite. Science, 231: 717-719. doi: 10.1126/science.231.4739.717
      Hem, J.D., 1981. Rates of manganese oxidation in aqueous systems. Geochimica et Cosmochimica Acta, 45: 1369-1374. doi: 10.1016/0016-7037(81)90229-5
      Lin, Z.G., You, J.K., Yang, Y., et al., 2001. Manufacture of Mn-battery positive electrode. Chinese Patent No. 96121260.8(in Chinese).
      Mellin, T. A., Lei, G., 1993. Stabilization of 10 Å-manganates by interlayer cations and hydrothermal treatment: Implications for the mineralogy of marine manganese concretions. Marine Geology, 115: 67-83. doi: 10.1016/0025-3227(93)90075-7
      Post, J.E., 1992. Crystal structures of manganese oxide minerals. In: Skinner, H.C.W., Fitzpatrick, R.W., eds., Biomineralization processes of iron and manganese—Modern and ancient environments. CATENA Verlag, Cremlingen, 51-73.
      Qian, J.C., 1998. Study on structural stability of 1 nm manganates. Acta Oceanologica Sinica, 20(3): 56-63(in Chinese with English abstract).
      Shen, Y.F., Zerger, R.P., Suib, S.L., et al., 1993. Manganese oxide octahedral molecular sieves: Preparation, characterization and application. Science, 260: 511-515. doi: 10.1126/science.260.5107.511
      Turner, S., Buseck, P., 1981. Todorokies: A new family of naturally occurring manganese oxides. Science, 212: 1024-1027. doi: 10.1126/science.212.4498.1024
      Turner, S., Siegel, M.D., Buseck, P.R., 1982. Structure features of tordorokite intergrowths in manganese nodules. Nature, 296: 841-842. doi: 10.1038/296841a0
      Xia, X., Liu, B., 2000. Synthesis of Mg-todorokite and its electrochemical behavior in aqueous electrolytes. Journal of Inorganic Materials, 15(4): 636-640(in Chinese with English abstract).
      冯雄汉, 刘凡, 谭文峰, 等, 2003. 回流条件下钙锰矿的合成及其初步表征. 中国科学(D辑), 33(11): 1084-1093. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JDXK200311006.htm
      冯雄汉, 刘凡, 谭文峰, 等, 2002. 碱性介质中合成水钠锰矿的几个影响因素. 地球化学, 31(5): 495-500. doi: 10.3321/j.issn:0379-1726.2002.05.011
      林祖赓, 尤金跨, 杨勇, 等, 2001. 锰系列电池正极的制造方法. 中国专利: 96121260.8.
      钱江初, 1998.1 nm锰矿相结构稳定性的研究. 海洋学报, 20(3): 56-63. doi: 10.3321/j.issn:0253-4193.1998.03.009
      夏熙, 刘斌, 2000. 钡镁锰矿合成及在水溶液中电化学性质研究. 无机材料学报, 15(4): 636-640. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WGCL200004010.htm
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    出版历程
    • 收稿日期:  2003-09-30
    • 刊出日期:  2005-05-25

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