活性氧化铜的制备研究

施先义，廖建肆，覃崇基，黎振财，卢有辉

（广西现代职业技术学院，广西 河池 547000）

活性氧化铜的制备研究

施先义，廖建肆，覃崇基，黎振财，卢有辉

（广西现代职业技术学院，广西 河池 547000）

以硫酸铜、氢氧化钠为原料，经沉淀转化反应、过滤、洗涤、烘干、研磨处理得到活性氧化铜。研究了硫酸铜溶液浓度、氢氧化钠溶液浓度、反应温度、反应时间、干燥温度、助剂、研磨等因素对产量和质量的影响，并提出了最佳条件。产品质量符合特定要求，1g样品于20mL浓度为20%硫酸溶液中的溶解时间在20～30s之间，再现性好，含量达到99%以上。

硫酸铜；氢氧化钠；活性氧化铜；制备；研究

氧化铜是一种传统重要的无机化工产品，外观黑色，分子式CuO，相对分子质量79.55，在空气中稳定，不溶于水和乙醇，溶于酸，用途广泛。由于生产工艺的不同，产品的指标、品质、含量有较大的差异。随着电子工业的快速发展，氧化铜也得到了新的应用，各种具有特殊要求的活性氧化铜的制备研究也多种多样。活性氧化铜的制备方法有氯化铜和氢氧化钠固相反应法［1］、硫酸铜和氢氧化钠沉淀反应转化法［2］、硝酸铜和氢氧化钠沉淀反应转化法［3］、碱式碳酸铜焙烧法［4］、硝酸铜和尿素水溶液水热体系下合成法［5］等等，不同的原料、不同的工艺条件得到的活性氧化铜性质差异较大。同时由于用户对活性氧化铜的特殊要求也不相同，因此市场上的活性氧化铜也出现多样性。本文探讨的是采用硫酸铜、氢氧化钠为原料，经沉淀转化反应、研磨处理得到活性氧化铜，反应式如下：

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

Cu（OH）2= CuO+H2O

判断特定质量要求的活性氧化铜标准是：以1g样品于20mL浓度为20%硫酸溶液中溶解完全所需的时间作为衡量标准，一般少于60s为合格，溶解完全所需时间越短质量越优。

1 实验部分

1.1 试剂

0.8 mol·L-1硫酸铜溶液：称取五水合硫酸铜

（Ⅱ）200g溶于水并稀释至1000mL。

8 mol·L-1氢氧化钠溶液：称取氢氧化钠330g溶于水并稀释至1000mL，用盐酸标准溶液标定。

20%硫酸溶液：将128mL浓硫酸缓慢加入到700mL水中，冷却，稀释至1000mL。

1%聚乙二醇2000溶液：称取1g 聚乙二醇2000溶于100mL热水中。

1%乙二醇溶液：称取1g 乙二醇溶于100mL水中。

1%乙醇胺溶液：称取1g 乙醇胺溶于100mL水中。

以上所用试剂均为分析纯，水为普通蒸馏水。

1.2 实验方法

在装有搅拌、温度计、留有加料口的三口反应瓶中，加入硫酸铜溶液，加热，按n（硫酸铜）∶n（氢氧化钠） =1∶2.3比例，边搅拌边缓慢加入氢氧化钠溶液，加毕，保温反应，过滤，并用水洗涤至无硫酸根离子为止（用氯化钡溶液检查），沉淀物于75～105℃干燥，磨碎。

1.3 溶解时间的测定

装置好磁力搅拌仪器，于烧杯中称取（1.0±0.1）g活性氧化铜粉，加入20mL质量分数为20%的硫酸溶液，并立即开启磁力搅拌或直接摇动烧杯，同时用秒表记录样品溶解完全所需的时间，时间少于60s为合格。

2 结果与讨论

2.1 硫酸铜溶液浓度的影响

实验结果表明，硫酸铜溶液浓度大小不影响产品质量，本实验采用硫酸铜溶液浓度为0.8 mol·L-1只是考虑在常温下没有达到饱和溶液，利于配制溶液，利于反应时配比的计量。如果采用硫酸铜饱和溶液，则在不同的温度下饱和溶液浓度有改变，不利于计算；如果浓度太小，则产量不高，设备利用率低。因此本实验采用浓度为0.8 mol·L-1的硫酸铜溶液。

2.2 氢氧化钠浓度的影响

实验结果表明，氢氧化钠溶液浓度大小不影响产品质量，浓度小则对产量有影响，如果应用于实际生产则设备利用率低；浓度太大时，配制溶液时生成的热太高。因此氢氧化钠溶液采用8 mol·L-1比较合适。

2.3 反应温度的影响

经多次反复实验，温度低于50℃，产品质量较差，温度在50℃至沸腾时，则产品质量稳定。但温度太高，浪费能源，因此本实验控制反应温度在50～70℃之间，温度范围宽，操作易控制，产品质量有保证，能耗不高。

2.4 反应时间的影响

实验结果表明，产品质量的好坏在于加入反应原料的匀速，硫酸铜与氢氧化钠接触时能得到及时混合，不要造成局部物料不均匀，与物料加入完毕后反应时间无关。本实验采用先在反应瓶中加入硫酸铜溶液，然后保证温度在50～70℃之间缓慢加入氢氧化钠溶液，加毕，保温反应5～10min即可。

2.5 干燥温度的影响

干燥温度的选择在于将水分挥发完全，在挥发过程中形成具有活性的产品。依据水分挥发原理及实验结果表明，干燥温度在75～400℃时得到的产品质量都较好且稳定，经筛选干燥温度选择75～105℃较好，此温度范围对设备要求不高，易于得到并容易掌握，能耗不高。当然，为了尽快干燥，能耗又低，可以选择干燥温度为105℃左右。

2.6 助剂加入的影响

在参考了有关文献后，选取聚乙二醇2000、乙二醇、乙醇胺为助剂进行实验，实验结果表明，加入助剂与不加助剂的产品质量基本一样，因此本实验只采用硫酸铜、氢氧化钠为原料即可制备得出合格的具有特殊活性的氧化铜。

2.7 研磨的影响

产品在干燥过程中，由于水分的挥发引起部分产品粘结在一起，虽然一碰即碎，但如果不经过研磨，与溶解溶液接触面少，质量检测溶解时间超过1min，因此产品经过干燥后必须再经过研磨才能达到特殊的质量要求。

3 结论

采用硫酸铜、氢氧化钠为原料，并制成溶液用于制备活性氧化铜，最佳工艺条件为：在50～70℃之间反应、过滤、洗涤，在温度为105℃左右烘干、研磨即得到具有特殊活性的氧化铜，1g样品于20mL浓度为20%硫酸溶液中溶解完全所需的时间在20～30s之间，含量达到99%以上，完全符合用户特殊的质量要求。工艺条件温和，易掌握，产品质量稳定，对工业化生产有参考价值。存在的问题在于反应副产品硫酸钠的回收以及洗涤水的处理。

［1］ 贾殿赠，俞建群，夏熙.一步室温固相化学反应法合成CuO纳米粉体［J］.科学通报，1998，43（2）：172-174.

［2］ 李树新，崔云丽.活性纳米氧化铜的制备［J］.河北工业科技，2010，27（4）：245-247.

［3］ 王洪敏，魏雨，张岩峰，等.超细氧化铜粉体的合成［J］.河北师范大学学报：自然科学版，2000，24（1）：82-84.

［4］ 朱伟长，万玉宝，孙军，等.氧化铜纳米粉的制备及分散方法［J］.北京科技大学学报，2003，25（3）：251-253.

［5］ 李冬梅，夏熙.水热法合成纳米氧化铜粉体及其性能表征［J］.化学研究与应用，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

施先义（1957-），男，广西贵港市人，教授，主要从事教学和科研工作。

2015-06-23