CN101332514B

CN101332514B - 一种多孔铜粉的制备方法

Info

Publication number: CN101332514B
Application number: CN2008100319416A
Authority: CN
Inventors: 张传福; 樊友奇; 邬建辉; 湛菁; 黎昌俊; 戴曦
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: CN101332514A

Abstract

本发明涉及一种多孔铜粉的制备方法，其特征在于：采用配位沉淀-热分解法，在常温常压下的Cu²⁺-NH₃-NH₄ ⁺-SG^n--C₂O₄ ^2--H₂O体系中合成铜粉前驱体沉淀物，SG^n-代表酸根离子：SO₄ ^2-，Cl^-，NO₃ ^-，CH₃COO^-；在非氧化性气氛下热分解前驱体得到多孔铜粉。整个制备过程安全可靠、无毒无污染；本发明生产的铜粉多孔、粒度小、比表面积大，能满足多种用途的要求。

Description

一种多孔铜粉的制备方法

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，涉及一种多孔铜粉的制备方法。

背景技术

铜粉由于具有较高的表面活性和良好的导电、导热性能而广泛应用在粉末冶金、催化剂、润滑剂、导电涂料和电磁屏蔽材料等领域。目前，制备铜粉的方法主要有气相蒸气法、γ射线法、等离子体法、水雾化法、电解法和液相化学还原法等。这些方法各有自己的优点，但同时也存在许多不足之处，尤其是都难于制备多孔铜粉。气相蒸汽法设备复杂、成本高。γ射线法产品难以收集。等离子法能量利用率低。水雾化法制备的产品粒度大，且成形性差，松装密度过高。电解法要消耗大量的电能，粉末活性大，需要还原处理，成本较高。液相化学还原法虽然设备简单，易工业化生产，但目前所使用的还原剂要么有剧毒，要么成本过高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述方法的不足，提供一种多孔铜粉的制备方法。该方法安全可靠，无毒无污染，对环境友好；只要改变铜粉前驱体制备过程中pH和浓度大小，便可以得到不同形貌和粒度的多孔铜粉，并易于实现工业化；其中制备的多孔铜粉纯度高、粒度小、比表面积大，能满足许多领域对铜粉的要求。

本发明通过如下技术方案来实现：

一种多孔铜粉的制备方法，其特征在于，将可溶性铜盐溶液与沉淀剂溶液混合成液料，料液中Cu²⁺的初始浓度为0.1～0.8mol/L，在形成的Cu²⁺-NH₃-NH₄ ⁺-SG^n--C₂O₄ ^2--H₂O体系中进行配位沉淀转化，其中的SG^n-代表SO₄ ^2-，Cl^-，NO₃ ^-，CH₃COO^-，控制温度为30～80℃，用氨水调节pH为3.5～8.0；加入分散剂PVP(聚乙烯吡咯烷酮)(占溶液总重量的重量百分比为0.1％～0.2％)；将反应完成后获得的沉淀物经过洗涤、过滤和干燥得到铜粉的前驱体；将铜粉的前驱体在300～400℃于氢气、氢气加氮气、氢气加惰性气体或纯惰性气体气氛条件下热分解得到铜粉，冷却后得到多孔铜粉。所述的可溶性铜盐为五水硫酸铜、二水氯化铜、三水硝酸铜、一水醋酸铜或硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、醋酸铜中的至少一种。

所述的沉淀剂为草酸或草酸盐。

所述沉淀剂和可溶性铜盐的化学计量系数为1.0～1.2。

所述的非氧化性气氛为氢气、氢气加氮气、氢气加惰性气体或纯惰性气体气氛。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.采用液相沉淀-热分解法，在常温常压下的Cu²⁺-NH₃-NH₄ ⁺-SG^n--C₂O₄ ^2--H₂O(SG^n-代表酸根离子：SO₄ ^2-，Cl^-，NO₃ ^-，CH₃COO^-)体系中进行铜粉前驱体的合成过程，并且后续的前驱体热分解过程安全可靠、无毒无污染，对环境友好。

2.如图2所示，按照本发明生产的粉末为结晶度良好的铜粉，如图3所示，铜粉成链球状、粒度小、多孔、比表面积大，能满足多种用途的要求，特别适合用作催化剂。经检测，多孔铜粉的比表面积约为5.741m²/g，平均孔径30.3nm

附图说明

图1：本发明中多孔铜粉的制备工艺流程图；

图2：本发明中多孔铜粉的XRD图；

图3：本发明中多孔铜粉的SEM图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细说明。

图1描述了多孔铜粉的制备工艺过程：

①将可溶性铜盐溶液与按化学计量的沉淀剂溶液经加料装置以一定的加料方式加入反应器中，在Cu²⁺-NH₃-NH₄ ⁺-SG^n--C₂O₄ ^2--H₂O(SG^n-代表酸根离子：SO₄ ^2-，Cl^-，NO₃ ^-，CH₃COO^-)体系中进行液相配位沉淀，控制温度为30～80℃，用氨水调节pH为3.0～8.5，料液中初始Cu²⁺浓度为0.1～1.0mol/L；加入分散剂PVP(聚乙烯吡咯烷酮)(占溶液总重量的重量百分比为0.1％～0.2％)；

②将反应完成后获得的沉淀物经过洗涤、过滤和干燥即为铜粉的前驱体；

③将铜粉的前驱体置于PID调节的电炉中，控制温度为300～400℃，在非氧化性气氛条件下进行热分解，并将热分解完成后的铜粉随即进行冷却和表面防氧化处理，得到多孔铜粉。

经检测，多孔铜粉的比表面积约为5.741m²/g，平均孔径30.3nm。

实施例1：

将硫酸铜溶液、草酸溶液和0.1％wt(重量百分比)的分散剂PVP经加料装置加入反应器，在Cu²⁺-NH₃-NH₄ ⁺-SO₄ ^2--C₂O₄ ^2--H₂O体系中进行配位沉淀转化，控制温度为50℃，用氨水调节pH为3.5，料液中初始Cu²⁺浓度为0.1mol/L，C₂O₄ ^2-浓度为0.11mol/L。

反应完成后将获得的沉淀物经过洗涤、过滤和干燥后即为铜粉前驱体，其后将前驱体放入烧舟并置入PID调节的电炉中，控制温度为310℃，并在N₂气氛调控下进行热分解。热分解完成后冷却至室温，出炉后从烧舟中取出的深红色粉末即为多孔铜粉。

实施例2：

将氯化铜溶液、草酸铵溶液和0.2％wt的分散剂PVP经加料装置加入反应器，在Cu²⁺-NH₃-NH₄ ⁺-Cl^--C₂O₄ ^2--H₂O体系中进行配位沉淀转化，控制温度为70℃，用氨水调节pH为6.5，料液中初始Cu²⁺浓度为0.4mol/L，C₂O₄ ^2-浓度为0.44mol/L。

反应完成后将获得的沉淀物经过洗涤、过滤和干燥后即为铜粉前驱体，其后将前驱体放入烧舟并置入PID调节的电炉中，控制温度为350℃，并在(H₂+N₂)气氛调控下进行热分解。热分解完成后冷却至室温，出炉后从烧舟中取出的深红色粉末即为多孔铜粉。

实施例3：

将硝酸铜溶液、草酸钠溶液和0.1％wt的分散剂PVP经加料装置加入反应器，在Cu²⁺-NH₃-NH₄ ⁺-NO₃ ^--C₂O₄ ^2--H₂O体系中进行配位沉淀转化，控制温度为30℃，用氨水调节pH为8.0，料液中初始Cu²⁺浓度为0.8mol/L，C₂O₄ ^2-浓度为0.88mol/L。

反应完成后将获得的沉淀物经过洗涤、过滤和干燥后即为铜粉前驱体，其后将前驱体放入烧舟并置入PID调节的电炉中，控制温度为380℃，并在(H₂+N₂)气氛调控下进行热分解。热分解完成后冷却至室温，出炉后从烧舟中取出的深红色粉末即为多孔铜粉。

实施例4：

将醋酸铜溶液、草酸铵溶液和0.2％wt的分散剂PVP经加料装置加入反应器，在Cu²⁺-NH₃-NH₄ ⁺-CH₃COO^--C₂O₄ ^2--H₂0体系中进行配位沉淀转化，控制温度为50℃，用氨水调节pH为6.5，料液中初始Cu²⁺浓度为0.4mol/L，C₂O₄ ^2-浓度为0.44mol/L。

反应完成后将获得的沉淀物经过洗涤、过滤和干燥后即为铜粉前驱体，其后将前驱体放入烧舟并置入PID调节的电炉中，控制温度为310℃，并在(H₂+N₂)气氛调控下进行热分解。热分解完成后冷却至室温，出炉后从烧舟中取出的深红色粉末即为多孔铜粉。

Claims

1.一种多孔铜粉的制备方法，其特征在于，将可溶性铜盐溶液与沉淀剂溶液混合成液料，料液中Cu²⁺的初始浓度为0.1～0.8mol/L，在形成的Cu²⁺-NH₃-NH₄ ⁺-SG^n--C₂O₄ ^2--H₂O体系中进行配位沉淀转化，其中的SG^n-代表SO₄ ^2-，Cl^-，NO₃ ^-，CH₃COO^-，控制温度为30～80℃，用氨水调节pH为3.5～8.0；加入重量百分比为0.1％～0.2％的分散剂聚乙烯吡咯烷酮；将反应完成后获得的沉淀物经过洗涤、过滤和干燥得到铜粉的前驱体；将铜粉的前驱体在300～400℃于氢气、氢气加氮气、氢气加惰性气体或纯惰性气体气氛条件下热分解得到铜粉，冷却后得到多孔铜粉。

2.如权利要求1所述的多孔铜粉的制备方法，其特征在于，所述的可溶性铜盐为五水硫酸铜、二水氯化铜、三水硝酸铜、一水醋酸铜或硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、醋酸铜中的至少一种。

3.如权利要求1所述的多孔铜粉的制备方法，其特征在于，所述的沉淀剂为草酸或草酸盐。

4.如权利要求1所述的多孔铜粉的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂和可溶性铜盐的化学计量系数为1.0～1.2。