超细氧化亚铜的形貌与粒度控制研究

摘要

液相法所得到的氧化亚铜粉末粒径小、纯度高、分散性能好，然而很多合成工艺采用如水合肼、亚硫酸钠等一些毒性较大的物质为还原剂或者添加剂，环境治理成本较高。本研究的目的是在未添加任何添加剂的条件下，开发以葡萄糖为还原剂的环境友好的氧化亚铜制备方法。
　　 在碱性体系中，以葡萄糖为还原剂，通过改变加料混合方式、前驱体的性质、反应温度、pH值、反应物浓度等条件进行了超细氧化亚铜晶体的形貌和粒度控制研究，并就影响形貌和粒径的机理进行了初步探讨。具体的研究结果归纳如下：
　　 不同的加料混合方式制备得到了球形的Cu2O晶体，其中在常温下将NaOH溶液缓慢加入CuSO4溶液中，再加入C6H12O6溶液的加料方式制备得到的Cu2O晶体粒度分布窄、分散性良好，实验重复性好。
　　 以CuO为前驱体时制备得到了立方形的Cu2O晶体；而以CuO与Cu(OH)2混合物为前驱体和Cu(OH)2胶体物为前驱体时都制备得到了分散性良好，粒度分布窄的球形的Cu2O颗粒，但是以CuO与Cu(OH)2混合物为前驱体时，反应的可重复性很差，粒径变化很大。
　　 反应温度改变对晶体的形貌没有明显的影响，仅仅对晶体粒径有影响。随着反应温度的升高，得到的Cu2O晶体的粒径逐渐减小。当温度为40℃时，产物Cu2O粉末的平均粒径为3.11μm，其粒径分布很宽；当温度为50℃和60℃时，产物Cu2O粉末的平均粒径分别为2.08μm和1.80μm，而温度为50℃时产物粒度分布最窄。当温度高于60℃时，产物Cu2O颗粒为类球形，随着反应温度的继续升高，产物Cu2O粉末的平均粒径变化不大，从1.80μm下降至1.63μm。
　　 随着氢氧化钠浓度的增加，产物Cu2O晶体的形貌由球形过渡到类球形，最终转变成八面体。当氢氧化钠浓度由2.50mol/L增加至3.75mol/L时，产物球形Cu2O颗粒的平均粒径逐渐增大，由1.61μm增加至3.27μm，但是其粒径分布开始变宽，粒径开始变得不均匀。
　　 当葡萄糖浓度为0.40mol/L（葡萄糖用量不足）时，产物Cu2O颗粒的形貌为八面体；当葡萄糖浓度为0.50mol/L（葡萄糖用量为等当量）时，产物Cu2O颗粒的形貌为削角八面体；当葡萄糖浓度为0.625mol/L和0.75mol/L时，产物Cu2O颗粒的形貌为类球形；当葡萄糖浓度大于或等于1.00mol/L时，随着葡萄糖浓度的升高，得到的球形Cu2O粉末的平均粒径逐渐减小，由2.08μm下降至0.67μm，同时其粒径的标准偏差逐渐降低。
　　 当硫酸铜浓度较低时（即低于或等于0.25mol/L），产物Cu2O颗粒的形貌主要为立方形；而当硫酸铜浓度为0.125mol/L时，制备得到了形貌均一、分散性良好、粒径分布窄的立方形的Cu2O晶体。当硫酸铜浓度大于或等于0.50mol/L时，随着硫酸铜浓度的升高，得到球形的Cu2O晶体的粒径逐渐增大，由1.81μm增加至2.08μm。
　　 根据上述实验结果，本实验较好地实现了对氧化亚铜晶体的形貌和粒度的控制。该方法具有操作及设备简单，成本低，为进一步的工业化生产提供了一些依据。