Исследование влияния температуры разложения перманганата калия на размер образующихся частиц диоксида марганца

Во многих отраслях промышленности используются мелкодисперсные частицы различной природы. Без них не обходится современное производство химических веществ, различных материалов и медицинских препаратов [1].

Главной задачей на сегодняшний день является усовершенствование методов получение мелкодисперсных частиц веществ.

Формирование мелко- или ультрадисперсных структур заключается в следующих процессах: кристаллизация, рекристаллизация, фазовые превращения, высокие механические нагрузки, интенсивная пластическая деформация, полная или частичная кристаллизация аморфных структур [2; 3]. И выбор метода получения мелкодисперсных материалов определяется, прежде всего, областью их применения, желательным набором свойств конечного продукта.

Высокодисперсный MnO₂ обладает хорошей адсорбирующей способностью и применяется для очистки воздуха от вредных примесей. Оксид марганца (IV) применяют в производстве химических источников тока, так же он является составной частью при производстве суперконденсаторов. Конденсатор из диоксида марганца имеет минимальное внутреннее сопротивление, что позволяет ему заряжаться и разряжаться с меньшим тепловыделением, а, следовательно, быстрее накапливать и отдавать энергию и выдерживать большее количество циклов заряда-разряда, таким образом высокодисперсный диоксид марганца является важным материалом для применения в различных отраслях промышленности.

В ближайшей перспективе следует ожидать резкое увеличение объёмов производства мелкодисперсных частиц из-за их широкого применения. Поэтому цель нашего исследования оценить влияние температуры разложения перманганата калия на размер образующихся частиц диоксида марганца.

Термическое разложение перманганата калия протекает по уравнению реакции [4; 5]:

Для получения частиц брали фарфоровые тигли, предварительно доведенные до постоянной массы, в которые помещали по 0,5000 ± 0,0002 г кристаллического перманганата калия квалификации ХЧ (производитель УЛИСС). Температура разложения перманганата калия равна 240 °С, а при
530 °С начинает разлагаться диоксид марганца, поэтому тигли прокаливают при температуре в интервале от 240 °С до 520 °С. Процесс прокаливания тиглей осуществляли до установления постоянной массы, затем тигли выдерживали в муфельной печи еще 30 минут. Затем содержимое тигля быстро высыпали в дистиллированную воду комнатной температуры, для лучшего разделения частиц. Полученные частицы центрифугируются, промываются от побочных продуктов несколько раз дистиллированной водой до тех пор, пока центрифугат не станет прозрачным.

Полученные частицы измеряли на анализаторе размеров частиц Photocor Compact [6]. Для этого измерения полученные частицы помещали в конические колбочки на 25 мл, заливали дистиллированной водой и помещали в ультразвуковую ванну CLEAN-4820 при температуре 25°С [7]. Анализ частиц проводили в кварцевых кюветах на 1см. Спектры светорассеяния частиц диоксида марганца в водном растворе представлены на рисунке 1.

В полученных спектрах первый пик соответствует частицам диоксида марганца, второй растворителю.

Рисунок 1. Спектры светорассеяния частиц диоксида марганца, полученных при различных температурных перепадах. а) 240°С; б) 340°С; в)440°С; г) 520°С

Из полученных данных видно, что размер частиц уменьшается при нагревании до 440°С, а при температуре 520°С вновь увеличивается, что связано с процессом спекания. Размеры полученных частиц диоксида марганца представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Зависимость размера частиц от температуры прокаливания перманганата калия

Таким образом, исследование влияния температуры разложения перманганата калия с резким охлаждением водой показало, что размер образующихся частиц диоксида марганца формируется при температуре 440 °С и составляет 57,26±18,80 нм.