施先義，廖建肆，覃崇基，黎振財，盧有輝

（廣西現(xiàn)代職業(yè)技術學院，廣西 河池 547000）

活性氧化銅的制備研究

施先義，廖建肆，覃崇基，黎振財，盧有輝

（廣西現(xiàn)代職業(yè)技術學院，廣西 河池 547000）

以硫酸銅、氫氧化鈉為原料，經(jīng)沉淀轉(zhuǎn)化反應、過濾、洗滌、烘干、研磨處理得到活性氧化銅。研究了硫酸銅溶液濃度、氫氧化鈉溶液濃度、反應溫度、反應時間、干燥溫度、助劑、研磨等因素對產(chǎn)量和質(zhì)量的影響，并提出了最佳條件。產(chǎn)品質(zhì)量符合特定要求，1g樣品于20mL濃度為20%硫酸溶液中的溶解時間在20～30s之間，再現(xiàn)性好，含量達到99%以上。

硫酸銅；氫氧化鈉；活性氧化銅；制備；研究

氧化銅是一種傳統(tǒng)重要的無機化工產(chǎn)品，外觀黑色，分子式CuO，相對分子質(zhì)量79.55，在空氣中穩(wěn)定，不溶于水和乙醇，溶于酸，用途廣泛。由于生產(chǎn)工藝的不同，產(chǎn)品的指標、品質(zhì)、含量有較大的差異。隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，氧化銅也得到了新的應用，各種具有特殊要求的活性氧化銅的制備研究也多種多樣?；钚匝趸~的制備方法有氯化銅和氫氧化鈉固相反應法［1］、硫酸銅和氫氧化鈉沉淀反應轉(zhuǎn)化法［2］、硝酸銅和氫氧化鈉沉淀反應轉(zhuǎn)化法［3］、堿式碳酸銅焙燒法［4］、硝酸銅和尿素水溶液水熱體系下合成法［5］等等，不同的原料、不同的工藝條件得到的活性氧化銅性質(zhì)差異較大。同時由于用戶對活性氧化銅的特殊要求也不相同，因此市場上的活性氧化銅也出現(xiàn)多樣性。本文探討的是采用硫酸銅、氫氧化鈉為原料，經(jīng)沉淀轉(zhuǎn)化反應、研磨處理得到活性氧化銅，反應式如下：

CuSO4·5H2O+2NaOH = Cu（OH）2+Na2SO4+5H2O

Cu（OH）2= CuO+H2O

判斷特定質(zhì)量要求的活性氧化銅標準是：以1g樣品于20mL濃度為20%硫酸溶液中溶解完全所需的時間作為衡量標準，一般少于60s為合格，溶解完全所需時間越短質(zhì)量越優(yōu)。

1 實驗部分

1.1 試劑

0.8 mol·L-1硫酸銅溶液：稱取五水合硫酸銅

（Ⅱ）200g溶于水并稀釋至1000mL。

8 mol·L-1氫氧化鈉溶液：稱取氫氧化鈉330g溶于水并稀釋至1000mL，用鹽酸標準溶液標定。

20%硫酸溶液：將128mL濃硫酸緩慢加入到700mL水中，冷卻，稀釋至1000mL。

1%聚乙二醇2000溶液：稱取1g 聚乙二醇2000溶于100mL熱水中。

1%乙二醇溶液：稱取1g 乙二醇溶于100mL水中。

1%乙醇胺溶液：稱取1g 乙醇胺溶于100mL水中。

以上所用試劑均為分析純，水為普通蒸餾水。

1.2 實驗方法

在裝有攪拌、溫度計、留有加料口的三口反應瓶中，加入硫酸銅溶液，加熱，按n（硫酸銅）∶n（氫氧化鈉） =1∶2.3比例，邊攪拌邊緩慢加入氫氧化鈉溶液，加畢，保溫反應，過濾，并用水洗滌至無硫酸根離子為止（用氯化鋇溶液檢查），沉淀物于75～105℃干燥，磨碎。

1.3 溶解時間的測定

裝置好磁力攪拌儀器，于燒杯中稱?。?.0±0.1）g活性氧化銅粉，加入20mL質(zhì)量分數(shù)為20%的硫酸溶液，并立即開啟磁力攪拌或直接搖動燒杯，同時用秒表記錄樣品溶解完全所需的時間，時間少于60s為合格。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫酸銅溶液濃度的影響

實驗結(jié)果表明，硫酸銅溶液濃度大小不影響產(chǎn)品質(zhì)量，本實驗采用硫酸銅溶液濃度為0.8 mol·L-1只是考慮在常溫下沒有達到飽和溶液，利于配制溶液，利于反應時配比的計量。如果采用硫酸銅飽和溶液，則在不同的溫度下飽和溶液濃度有改變，不利于計算；如果濃度太小，則產(chǎn)量不高，設備利用率低。因此本實驗采用濃度為0.8 mol·L-1的硫酸銅溶液。

2.2 氫氧化鈉濃度的影響

實驗結(jié)果表明，氫氧化鈉溶液濃度大小不影響產(chǎn)品質(zhì)量，濃度小則對產(chǎn)量有影響，如果應用于實際生產(chǎn)則設備利用率低；濃度太大時，配制溶液時生成的熱太高。因此氫氧化鈉溶液采用8 mol·L-1比較合適。

2.3 反應溫度的影響

經(jīng)多次反復實驗，溫度低于50℃，產(chǎn)品質(zhì)量較差，溫度在50℃至沸騰時，則產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。但溫度太高，浪費能源，因此本實驗控制反應溫度在50～70℃之間，溫度范圍寬，操作易控制，產(chǎn)品質(zhì)量有保證，能耗不高。

2.4 反應時間的影響

實驗結(jié)果表明，產(chǎn)品質(zhì)量的好壞在于加入反應原料的勻速，硫酸銅與氫氧化鈉接觸時能得到及時混合，不要造成局部物料不均勻，與物料加入完畢后反應時間無關。本實驗采用先在反應瓶中加入硫酸銅溶液，然后保證溫度在50～70℃之間緩慢加入氫氧化鈉溶液，加畢，保溫反應5～10min即可。

2.5 干燥溫度的影響

干燥溫度的選擇在于將水分揮發(fā)完全，在揮發(fā)過程中形成具有活性的產(chǎn)品。依據(jù)水分揮發(fā)原理及實驗結(jié)果表明，干燥溫度在75～400℃時得到的產(chǎn)品質(zhì)量都較好且穩(wěn)定，經(jīng)篩選干燥溫度選擇75～105℃較好，此溫度范圍對設備要求不高，易于得到并容易掌握，能耗不高。當然，為了盡快干燥，能耗又低，可以選擇干燥溫度為105℃左右。

2.6 助劑加入的影響

在參考了有關文獻后，選取聚乙二醇2000、乙二醇、乙醇胺為助劑進行實驗，實驗結(jié)果表明，加入助劑與不加助劑的產(chǎn)品質(zhì)量基本一樣，因此本實驗只采用硫酸銅、氫氧化鈉為原料即可制備得出合格的具有特殊活性的氧化銅。

2.7 研磨的影響

產(chǎn)品在干燥過程中，由于水分的揮發(fā)引起部分產(chǎn)品粘結(jié)在一起，雖然一碰即碎，但如果不經(jīng)過研磨，與溶解溶液接觸面少，質(zhì)量檢測溶解時間超過1min，因此產(chǎn)品經(jīng)過干燥后必須再經(jīng)過研磨才能達到特殊的質(zhì)量要求。

3 結(jié)論

采用硫酸銅、氫氧化鈉為原料，并制成溶液用于制備活性氧化銅，最佳工藝條件為：在50～70℃之間反應、過濾、洗滌，在溫度為105℃左右烘干、研磨即得到具有特殊活性的氧化銅，1g樣品于20mL濃度為20%硫酸溶液中溶解完全所需的時間在20～30s之間，含量達到99%以上，完全符合用戶特殊的質(zhì)量要求。工藝條件溫和，易掌握，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，對工業(yè)化生產(chǎn)有參考價值。存在的問題在于反應副產(chǎn)品硫酸鈉的回收以及洗滌水的處理。

［1］ 賈殿贈，俞建群，夏熙.一步室溫固相化學反應法合成CuO納米粉體［J］.科學通報，1998，43（2）：172-174.

［2］ 李樹新，崔云麗.活性納米氧化銅的制備［J］.河北工業(yè)科技，2010，27（4）：245-247.

［3］ 王洪敏，魏雨，張巖峰，等.超細氧化銅粉體的合成［J］.河北師范大學學報：自然科學版，2000，24（1）：82-84.

［4］ 朱偉長，萬玉寶，孫軍，等.氧化銅納米粉的制備及分散方法［J］.北京科技大學學報，2003，25（3）：251-253.

［5］ 李冬梅，夏熙.水熱法合成納米氧化銅粉體及其性能表征［J］.化學研究與應用，2002，14（4）：100-102.

Preparation of Active Copper Oxide

SHI Xian-yi， LIAO Jian-si， QIN Chong-ji， LI Zhen-cai， LU You-hui
（Guangxi Modern Polytechnic College， Hechi 547000， China）

With the copper sulfate and sodium hydroxide as raw material， after the precipitation conversion reaction， fi ltering， washing， drying and grinding， the active copper oxide was prepared. The effect of copper sulfate solution concentration， concentration of sodium hydroxide solution， reaction temperature， reaction time， drying temperature， additives choice， grinding and other factors on the yield was studied， and the best condition were put forward. The quality of the product was fi t for the specifi ed requirements. In the 20mL 20% sulfuric acid solution， the dissolved time of 1g sample was 20～30s. The reproducibility was good， the content of copper oxide could reached more than 99%.

copper sulphate； sodium hydroxide； active copper oxide； preparation； study

TQ 131.2+1

A

1671-9905（2015）09-0016-02

施先義（1957-），男，廣西貴港市人，教授，主要從事教學和科研工作。

2015-06-23