高反应浓度下氧化亚铜的形貌与粒径可控合成

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氧化亚铜是一种重要的无机化工原料,在涂料、玻璃、陶瓷、塑料、农业以及工业催化等领域有广泛的用途。由于粒子的物理性质、化学性质与其形貌和粒径大小有密切关系,因此可控制备特定形貌和粒径大小的氧化亚铜是工业应用的前提。目前文献报道有多种方法可用于制备不同形貌和粒径的氧化亚铜,如电解法,固相法,液相法等。其中,液相法由于可借鉴成熟的结晶过程工艺,设备简单,反应温和可控,能获得纳米和微米级粒子,且易于工业放大。但是,现有合成方法一般需要大量的添加剂,反应浓度稀,仅限于实验室制备,尚不适合工业化。   本文尝试了在高反应浓度、不添加任何添加剂的情况下,探索采用硫酸铜与氢氧化钠反应生成氢氧化铜,再用葡萄糖还原生成氧化亚铜的反应合成路线,考察控制粒子形貌和粒子大小的可行性。通过调节反应物质的浓度和比例以及温度和升温速度等反应条件,制备出了不同形貌和粒径大小的氧化亚铜粒子,为工业化生产提供了一条途径。   本论文探讨的结果如下:   (1)较高NaOH浓度下,对形貌影响大:在常压,70℃下,硫酸铜经与NaOH反应后用葡萄糖还原制备Cu2O粒子的方案中,使用较高NaOH的浓度下的反应方式,可获得不同形貌的Cu2O粒子。即在恒温下先将硫酸铜与NaOH溶液混合制得氢氧化铜,再匀速注加浓度为0.1g·mL-1的葡萄糖的反应中,当采用NaOH的浓度依次为0.15 g·mL-1、0.225 g·mL-1、0.3 g·mL-1和0.45 g·mL-1时分别得到立方体、多面体、星形、和正八面体;   (2)硫酸铜、NaOH和葡萄糖三者在室温下混合后,再程序升温,可得到球形粒子:改变NaOH和葡萄糖溶液的浓度以及升温的时间得到粒径大小从0.5μm到5μm的球形氧化亚铜粒子。   (3)恒温60℃下,向硫酸铜溶液中同时流加氢氧化钠和葡萄糖的策略可使产物主要为球形粒子。   (4)在恒温60℃下,向硫酸铜和葡萄糖溶液中流加氢氧化钠的策略可使产物为球形,过程中通过控制提供爆发成核的过饱和度和延长成核反应时间的方式得到从0.5μm到1.8μm粒径大小的氧化亚铜粒子。   以上事实表明:氢氧化钠在较高浓度下,对粒子形貌影响大,过程中不加添加剂,可以合成微米级的氧化亚铜粉体,通过调节加料方式等可以获得对形貌和粒子大小的控制。   通过以上实验研究,达到了以下研发目标:   一、成功探索了在较高浓度下合成形貌和粒径可控氧化亚铜的具体条件,为批量生产提供了依据。   二、成功探索了在不使用形貌和粒径调控添加剂的情况下可稳定合成形貌和粒径可控氧化亚铜的具体条件,为降低生产成本,实现工业化批量生产提供了依据。   此外,因为氧化亚铜微粉多用于制备铜粉微粒以作为MLCC电极材料,所以,本文还尝试了以氧化亚铜为原料制备铜粉,探索了温度,水合肼浓度,甘氨酸的量以及pH值等因素对金属铜粉颗粒的颗粒大小和粒度分布状况的影响。
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