Cu-HO二元系及Cu-Cl-HO三元系反应球磨研究

摘要

利用机械力化学原理，通过高能行星球磨机，在蒸馏水中球磨金属活动顺序表中排在氢以前的金属粉末(Zn、Mn等)可直接制备相应的纳米级氧化物，并得到副产物氢气。而关于排在氢以后的金属在水溶液中球磨的现象及规律尚无研究。 本文以排在氢之后的铜为实验对象，研究Cu—H2O二元系以及Cu—Cl—H2O三元系反应球磨的现象及规律，并通过XRD、SEM及TEM等分析手段分析产物特征。实验得到了如下结果： (1)Cu在纯蒸馏水中球磨时，Cu与溶解于水中的氧气反应生成Cu2O，但因罐中氧气量及溶解在水中的氧气量有限因而所得Cu2O的量有限。在机械合金化结果中，Cu粉与干燥空气中的氧气反应较难发生，因而在球磨110h后也仅得到极少量Cu2O，较水溶液条件下的量少。 (2)Cu在蒸馏水中球磨，当体系氧压较高时(充氧条件下)，Cu粉与氧气之间的反应被不断激发。由于体系氧气充足，Cu粉能被完全氧化为CuO。球磨110h后所得纯的CuO粉末较为均匀，颗粒尺寸分布在100-200nm之间。 (3)在pH=2的HCl溶液中球磨金属Cu粉，球磨3h后快速得到了大量的Cu2O粉末，但同时含有少量Cu2(OH)3Cl和CuCl。球磨70h后得到纯度较高的Cu2O粉末，未检测到其它物相。所得Cu2O颗粒尺寸均为50—100nm之间，球磨70h所得Cu2O颗粒尺寸较球磨3h时的略小。 (4)在CuCl2溶液中球磨纯铜粉末，当[Cl-]=1.5×10-2mol/L和7.5×10-2mol/L时，分别球磨25h和80h后得到完全的Cu2O，颗粒多为规则的立方状、六方状，尺寸约为50—150nm；在[Cl—]=0.3mol/L时，得到纯Cu2O粉末所需时间为100h，颗粒尺寸明显偏大且出现大量不规则形貌；在[Cl-]=0.75×10-2mol/L以及0.3×10-2mol/L时，体系较难在某一时段得到纯的Cu2O。由此可知，不同氯离子浓度将影响球磨各阶段反应、得到纯的Cu2O所需时间及所得Cu2O的颗粒大小和形貌。 (5)将CuCl在水溶液中球磨，球磨80h后得到绝大多数的Cu2O。所得Cu2O颗粒大多为不规则形貌，有部分立方状及六方状颗粒，尺寸为20—80nm。

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文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

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第1章绪论

1.1课题背景技术介绍

1.1.1机械力化学的发展概况

1.1.2机械力化学作用过程及其机理

1.1.3机械力诱发的化学反应类型及机制

1.1.4机械力化学效应及应用

1.1.5机械力化学的工艺参数

1.1.6机械力化学的新工艺

1.2课题的选题意义及目的

1.3课题的研究内容

第2章　实验方案及设备

2.1实验材料及方法

2.2实验设备及其工作原理

2.3试验结果检测设备

第3章　铜在纯蒸馏水中球磨生成物及分析

3.1引言

3.2实验方案与过程

3.3实验结果

3.3.1在纯蒸馏水中球磨生成相

3.3.2充氧条件下球磨生成相

3.3.2机械合金化条件下球磨生成相

3.4分析与讨论

3.4.1化学性质分析

3.4.2热力学分析

3.4.3 Cu－H2O系电位-pH图分析

3.4.4球磨产物的SEM、TEM谱图分析

3.5本章小结

第4章　铜在含氯离子水溶液中球磨产物及其表征

4.1前言

4.2实验方案与过程

4.3实验现象及结果

4.3.1 Cu粉在pH=2的HCI溶液中球磨生成相

4.3.2 Cu粉在不同浓度CuCl2溶液中球磨生成相

4.3.3 CuCl在水溶液中球磨生成相

4.4分析与讨论

4.4.1体系反应分析

4.4.2 Cu-C1-H2O三元系的电位-pH图分析

4.4.3产物的SEM、TEM谱图分析

4.4.4特殊形貌纳米Cu2O颗粒形成机理分析

4.5本章小结

结 论

参考文献

致 谢

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