CN108468069B - 一种采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法 - Google Patents
一种采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,包括以下步骤:(1)选取一定比例的绿色表面活性剂、助剂、CuSO4·5H2O和水配制电解液;(2)电沉积电解液,得铜粉混合液;(3)提取铜粉,对铜粉混合液进行过滤或离心处理,抽滤干燥后得铜粉;(4)将所述铜粉放入包装袋中,包装袋中充入惰性气体后密封贮存。本发明方法制备的铜粉,粒径范围为30~100nm或200~800nm,纯度99%以上,粒径分布均匀,形貌一致性好;制备过程中,铜粉不会粘附在阴极板上,自脱附性能好,极板易清洗,可实现自动化连续生产;对阳极板腐蚀量少,环保无污染,能耗低;所制取的铜粉分散性好,易收集。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备铜粉的方法,特别涉及一种采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法。
背景技术
铜粉是粉末冶金工业的基础原材料之一,也是我国大量生产和消费的有色金属粉末,在现代工业生产中发挥着不可替代的作用。铜粉、含铜合金粉作为工业的主要原材料之一,广泛地应用在机械、冶金、化工、航空航天材料领域,世界每年总用量己超过100万吨,制成的粉末冶金零件近90万吨,销售额超过75亿美元。铜基粉末是粉末冶金工业的基础原材料,它的产量、品质决定着粉末冶金工业的发展。
近年来,有关铜粉的制备研究,国内外都有不少报道,如气相蒸气法、射线法、等离子法、机械化学法、液相还原法和电沉积法等。
肖寒等人(还原法制备纳米级铜粉.贵州师范大学学报,2003,21(1))以五水硫酸铜为原料,VC为还原剂,聚乙烯吡咯烷酮为保护剂和分散剂,将还原剂和保护剂在反应体系外预先混合后再加入到硫酸铜溶液中,制备得了粒径范围20-40nm的铜粉。
徐建林等人(表面分散剂对电化学制备纳米铜粉的影响[J]. 材料科学与工艺,2011(01):116-120)采用十二烷基硫酸钠、吐温20、吐温40和吐温80单独或复配作为表面分散剂,采用电化学法制备出不同形状、不同尺寸的纳米铜粉。
Rasoul Khayyam Nekouie等人(Rasoul Khayyam Nekouei, Fereshteh Rashchi,Nasrollah Naseri Joda. Effect of organic additives on synthesis of coppernano powders by pulsing electrolysis[J]. Powder Technology, 237 (2013) :554–561)采用硫酸、硫酸铜为主要成分,添加聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠等表面活性剂制备纳米铜粉。
CN 200510049663.3公开了一种电沉积制备纳米铜粉的方法,该方法采用聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠作为电解液的主要成分。CN 200910022137.6公开了一种纳米铜粉的制备方法,以十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯失水梨醇单油酸酯为主要原料。CN201210428910.0公开了一种电沉积制备纳米铜粉的方法,其技术方案中所采用的活性剂为聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸钠。
这些方法使用的表面活性剂均为化学表面活性剂。应当说,化学表面活性剂是一大类重要的功能性有机化工产品,在国民经济各领域有着广泛的应用,对改进相关行业工艺、提高效率、改善产品质量、节约能源和改善环境发挥了积极作用。但现有化学表面活性剂大多不可降解,在生产和使用的过程中,对人体及环境生态系统也造成了严重的危害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种制备的铜粉自脱附性能好,极板易清洗,可实现自动化连续生产;对阳极板腐蚀量少,对环境无污染,能耗低;且所制取的铜粉分散性好,易收集的采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,包括以下步骤:
(1)配制电解液:按每升电解液比例称取以下原材料:绿色表面活性剂 0.3~5g/L,助剂3~10g/L,CuSO4·5H2O 15~50g/L;将所述绿色表面活性剂和所述助剂加入至适量的水中,搅拌10~30min,得绿色表面活性剂溶液;将所述CuSO4·5H2O溶解于适量水中,得硫酸铜溶液;将所述绿色表面活性剂溶液加入所述硫酸铜溶液中,按比例补充水;用超声波分散30~60min,配制成电解液;
(2)电沉积电解液:将步骤(1)配制好的电解液加热,温度控制在25~50℃,然后在所述电解液中放置电沉积装置,通电进行电沉积,电沉积时间10~30min;
(3)提取铜粉:将经步骤(2)电沉积处理后的电解液经过滤或离心处理,在提取物中加适量的酒精,得混合液;对所述混合液进行不少于2次的超声清洗和分离,抽滤后在40~80℃的真空干燥箱内干燥30~60min,得铜粉;
(4)包装:将经步骤(3)干燥后的铜粉放入包装袋中,所述包装袋中充入惰性气体后密封贮存。
本发明选用的绿色表面活性剂来自动植物体,为较复杂的高分子有机物。由于其亲水性强,因而能形成乳浊液;无刺激、无毒副作用,安全性能高,易生物降解,配伍性能好。
进一步,步骤(1)中,所述绿色表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂基葡糖苷、蔗糖脂肪酸多酯、羧甲基纤维素钠、烷基糖苷、醇醚羧酸盐、单烷基磷酸酯、烷基葡萄糖酰胺中的至少一种。
进一步,步骤(1)中,所述助剂为甲醇、乙醇、乙二醇、正丁醇中的至少一种。
进一步,步骤(1)中,所述搅拌的方式为机械搅拌。
进一步,步骤(2)中,所述通电的电流密度为0.05~0.3A/cm2,优选电流密度为0.05~ 0.2A/cm2。
进一步,步骤(2)中,所述极板的间距为10~50mm,优选极板的间距为10 ~30mm。
进一步,步骤(4)中,为了避免铜粉受潮,所述包装袋为铝箔袋。
进一步,步骤(4)中,为了避免铜粉氧化,所述惰性气体为氩气、氮气中的一种。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)使用本发明方法制备铜粉的过程不会对环境产生污染,铜粉不会粘附在阴极上,自脱附性能好,极板易清洗,可实现自动化连续生产;且对阳极腐蚀量少;
(2)使用本发明方法所制备的铜粉,粒径范围为30~100nm或200~800nm,铜粉的纯度99%以上,粒径分布均匀,形貌一致性好;
(3)本发明采用的制备方法操作简单,生产工艺流程短,能耗低。
附图说明
图1为本发明一实施例制备的铜粉的X射线衍射(XRD)图;
图2为本发明一实施例制备的铜粉的扫描电镜(SEM)图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
本实施例一种采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,包括以下步骤:
(1)配制电解液:按每升电解液比例称取以下原材料:绿色表面活性剂(脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠)3.6g,助剂(乙二醇)6.0g,CuSO4·5H2O 30.0g;将所述绿色表面活性剂(脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠)和所述助剂(乙二醇)加入至200ml的水中,机械搅拌10min,得绿色表面活性剂溶液;将所述CuSO4·5H2O溶解于200ml水中,得硫酸铜溶液;将所述绿色表面活性剂溶液加入所述硫酸铜溶液中,加水配制成1L水溶液;用超声波分散30min,配制成电解液;
(2)电沉积电解液:将步骤(1)配制好的电解液加热,温度控制在40℃,然后在所述电解液中放置电沉积装置,电沉积装置为多层极板,以紫铜作为阴极板和阳极板,阴阳极板间距为10mm,用电流密度为0.05A/cm2通电进行电沉积,电沉积时间为15min,取出多层电沉积装置;
(3)提取铜粉:将经步骤(2)电沉积处理后的电解液经过滤处理,在提取物中加适量的酒精,得混合液;对所述混合液进行超声波分散2次和离心处理2次,抽滤后在60℃的真空干燥箱内干燥60min,得铜粉;
(4)包装:将经步骤(3)干燥后的铜粉放入铝箔袋中,所述铝箔袋中充入氩气后密封贮存。
本实施例所制取的铜粉通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析,如图1、2所示,纯度大于99%,粒径在30~80nm之间;制备过程中铜粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好。阳极板使用前的重量为624.3g,累计使用48h后的重量为621.7g,腐蚀率为0.42%,对阳极板腐蚀少。
实施例2
本实施例一种采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,包括以下步骤:
(1)配制电解液:按每升电解液比例称取以下原材料:绿色表面活性剂(月桂基葡糖苷1g、蔗糖脂肪酸多酯2g、羧甲基纤维素钠2g)5.0g,助剂(乙醇和甲醇各5g)10.0g,CuSO4·5H2O 50.0g;将所述绿色表面活性剂(月桂基葡糖苷、蔗糖脂肪酸多酯、羧甲基纤维素钠)和所述助剂(乙醇和甲醇)加入至200ml的水中,机械搅拌30min,得绿色表面活性剂溶液;将所述CuSO4·5H2O溶解于200ml水中,得硫酸铜溶液;将所述绿色表面活性剂溶液加入所述硫酸铜溶液中,加水配制成1L水溶液;用超声波分散60min,配制成电解液;
(2)电沉积电解液:将步骤(1)配制好的电解液加热,温度控制在25℃,然后在所述电解液中放置电沉积装置,电沉积装置为多层极板,以紫铜作为阴极板,不锈钢板作为阳极板,阴阳极板间距为50mm,用电流密度为0.1A/cm2通电进行电沉积,电沉积时间为30min,取出多层电沉积装置;
(3)提取铜粉:将经步骤(2)电沉积处理后的电解液经离心处理,在提取物中加适量的酒精,得混合液;对所述混合液进行超声波分散3次和离心处理3次,抽滤后在50℃的真空干燥箱内干燥30min,得铜粉;
(4)包装:将经步骤(3)干燥后的铜粉放入铝箔袋中,所述铝箔袋中充入氩气后密封贮存。
本实施例所制取的铜粉通过X射线衍射(XRD)分析,纯度大于99%,粒径在400~600nm之间;制备过程中铜粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好。阳极板使用前的重量为552.4g,累计使用48h后的重量为550.7g,腐蚀率为0.31%,对阳极板腐蚀少。
实施例3
本实施例一种采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,包括以下步骤:
(1)配制电解液:按每升电解液比例称取以下原材料:绿色表面活性剂(烷基糖苷和醇醚羧酸盐各0.15g)0.3g,助剂3.0g(正丁醇),CuSO4·5H2O 36g;将所述绿色表面活性剂(烷基糖苷和醇醚羧酸盐)和所述助剂(正丁醇)加入至200ml的水中,机械搅拌20min,得绿色表面活性剂溶液;将所述CuSO4·5H2O溶解于200ml水中,得硫酸铜溶液;将所述绿色表面活性剂溶液加入所述硫酸铜溶液中,加水配制成1L水溶液;用超声波分散45min,配制成电解液;
(2)电沉积电解液:将步骤(1)配制好的电解液加热,温度控制在50℃,然后在所述电解液中放置电沉积装置,电沉积装置为多层极板,以紫铜作为阴极板,钛合金板作为阳极板,阴阳极板间距为20mm,用电流密度为0.3A/cm2通电进行电沉积,电沉积时间为10min,取出多层电沉积装置;
(3)提取铜粉:将经步骤(2)电沉积处理后的电解液经过滤处理,在提取物中加适量的酒精,得混合液;对所述混合液进行超声波分散3次和离心处理3次,抽滤后在80℃的真空干燥箱内干燥45min,得铜粉;
(4)包装:将经步骤(3)干燥后的铜粉放入铝箔袋中,所述铝箔袋中充入氮气后密封贮存。
本实施例所制取的铜粉通过X射线衍射(XRD)分析,纯度大于99%,粒径在400~800nm之间;制备过程中铜粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好。阳极板使用前的重量为312g,累计使用48h后的重量为311.7g,腐蚀率为0.10%,对阳极板腐蚀少。
实施例4
本实施例一种采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,包括以下步骤:
(1)配制电解液:按每升电解液比例称取以下原材料:绿色表面活性剂(单烷基磷酸酯和烷基葡萄糖酰胺各1.3g)2.6g,助剂5.0g(甲醇),CuSO4·5H2O 24g;将所述绿色表面活性剂(单烷基磷酸酯和烷基葡萄糖酰胺)和所述助剂(甲醇)加入至200ml的水中,机械搅拌15min,得绿色表面活性剂溶液;将所述CuSO4·5H2O溶解于200ml水中,得硫酸铜溶液;将所述绿色表面活性剂溶液加入所述硫酸铜溶液中,加水配制成1L水溶液;用机械搅拌分散60min,配制成电解液;
(2)电沉积电解液:将步骤(1)配制好的电解液加热,温度控制在40℃,然后在所述电解液中放置电沉积装置,电沉积装置为多层极板,以紫铜作为阴极板和阳极板,阴阳极板间距为30mm,用电流密度为0.2/cm2通电进行电沉积,电沉积时间为20min,取出多层电沉积装置;
(3)提取铜粉:将经步骤(2)电沉积处理后的电解液经离心处理,在提取物中加适量的酒精,得混合液;对所述混合液进行超声波分散3次和离心处理3次,抽滤后在40℃的真空干燥箱内干燥60min,得铜粉;
(4)包装:将经步骤(3)干燥后的铜粉放入铝箔袋中,所述铝箔袋中充入氮气后密封贮存。
本实施例所制取的铜粉通过X射线衍射(XRD),纯度大于99%,粒径在200~500nm之间;制备过程中铜粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好。阳极板使用前的重量为618.5g,累计使用48h后的重量为616.2g,腐蚀率为0.37%,对阳极板腐蚀少。
实施例5
本实施例一种采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,包括以下步骤:
(1)配制电解液:按每升电解液比例称取以下原材料:绿色表面活性剂(蔗糖脂肪酸多酯)1.2g,助剂3.6g(乙二醇),CuSO4·5H2O 24g;将所述绿色表面活性剂(蔗糖脂肪酸多酯)和所述助剂(乙二醇)加入至200ml的水中,机械搅拌10min,得绿色表面活性剂溶液;将所述CuSO4·5H2O溶解于200ml水中,得硫酸铜溶液;将所述绿色表面活性剂溶液加入所述硫酸铜溶液中,加水配制成1L水溶液;用机械搅拌分散35min,配制成电解液;
(2)电沉积电解液:将步骤(1)配制好的电解液加热,温度控制在45℃,然后在所述电解液中放置电沉积装置,电沉积装置为多层极板,以紫铜作为阴极板和阳极板,阴阳极板间距为10mm,用电流密度为0.05/cm2通电进行电沉积,电沉积时间为10min,取出多层电沉积装置;
(3)提取铜粉:将经步骤(2)电沉积处理后的电解液经离心处理,在提取物中加适量的酒精,得混合液;对所述混合液进行超声波分散2次和离心处理2次,抽滤后在50℃的真空干燥箱内干燥60min,得铜粉;
(4)包装:将经步骤(3)干燥后的铜粉放入铝箔袋中,所述铝箔袋中充入氮气后密封贮存。
本实施例所制取的铜粉通过X射线衍射(XRD),纯度大于99%,粒径在600~800nm之间;制备过程中铜粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好。阳极板使用前的重量为625.4g,累计使用48h后的重量为623.7g,腐蚀率为0.27%,对阳极板腐蚀少。
实施例6
本实施例一种采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,包括以下步骤:
(1)配制电解液:按每升电解液比例称取以下原材料:绿色表面活性剂(单烷基磷酸酯0.6g和烷基葡萄糖酰胺1.2g) 1.8g,助剂6.0g(正丁醇),CuSO4·5H2O 24g;将所述绿色表面活性剂(单烷基磷酸酯和烷基葡萄糖酰胺)和所述助剂(正丁醇)加入至200ml的水中,机械搅拌10min,得绿色表面活性剂溶液;将所述CuSO4·5H2O溶解于200ml水中,得硫酸铜溶液;将所述绿色表面活性剂溶液加入所述硫酸铜溶液中,加水配制成1L水溶液;用机械搅拌分散30min,配制成电解液;
(2)电沉积电解液:将步骤(1)配制好的电解液加热,温度控制在35℃,然后在所述电解液中放置电沉积装置,电沉积装置为多层极板,以紫铜作为阴极板,不锈钢板作为阳极板,阴阳极板间距为20mm,用电流密度为0.1A/cm2通电进行电沉积,电沉积时间为15min,取出多层电沉积装置;
(3)提取铜粉:将经步骤(2)电沉积处理后的电解液经过滤处理,在提取物中加适量的酒精,得混合液;对所述混合液进行超声波分散3次和离心处理3次,抽滤后在50℃的真空干燥箱内干燥60min,得铜粉;
(4)包装:将经步骤(3)干燥后的铜粉放入铝箔袋中,所述铝箔袋中充入氩气后密封贮存。
本实施例所制取的铜粉通过X射线衍射(XRD)分析,纯度大于99%,粒径在300~500nm之间;制备过程中铜粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好。阳极板使用前的重量为551.8g,累计使用48h后的重量为550.7g,腐蚀率为0.20%,对阳极板腐蚀少。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何修改、变更以及等同变换,均仍属本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)配制电解液:按每升电解液比例称取以下原材料:绿色表面活性剂 0.3~5g/L,助剂3~10g/L,CuSO4·5H2O 15~36 g/L 或50g/L;将所述绿色表面活性剂和所述助剂加入至适量的水中,搅拌10~30min,得绿色表面活性剂溶液;将所述CuSO4·5H2O溶解于适量水中,得硫酸铜溶液;将所述绿色表面活性剂溶液加入所述硫酸铜溶液中,按比例补充水;用超声波分散30~60min,配制成电解液;所述绿色表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、蔗糖脂肪酸多酯、羧甲基纤维素钠、烷基糖苷、醇醚羧酸盐、单烷基磷酸酯、烷基葡萄糖酰胺中的至少一种;所述助剂为甲醇、乙醇、乙二醇、正丁醇中的至少一种;
(2)电沉积电解液:将步骤(1)配制好的电解液加热,温度控制在25℃~50℃,然后在所述电解液中放置电沉积装置,通电进行电沉积,电沉积时间10~30min;
(3)提取铜粉:将经步骤(2)电沉积处理后的电解液经过滤或离心处理,在提取物中加适量的酒精,得混合液;对所述混合液进行不少于2次的清洗和分离处理,抽滤后在40~80℃的真空干燥箱内干燥30~60min,得铜粉;
(4)包装:将经步骤(3)干燥后的铜粉放入包装袋中,所述包装袋中充入惰性气体后密封贮存。
2.根据权利要求1所述的采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述搅拌的方式为机械搅拌。
3.根据权利要求1或2所述的采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述通电的电流密度为0.05~0.3A/cm2。
4.根据权利要求3所述的采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述通电的电流密度为0.05~0.2A/cm2。
5.根据权利要求1所述的采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,其特征在于,步骤(2)中,极板的间距为10~50mm。
6.根据权利要求5所述的采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,其特征在于,步骤(2)中,极板的间距为10~30mm。
7.根据权利要求1所述的采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,其特征在于,步骤(4)中,所述包装袋为铝箔袋。
8.根据权利要求1所述的采用绿色表面活性剂制备铜粉的方法,其特征在于,步骤(4)中,所述惰性气体为氩气、氮气中的一种。
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GR01 | Patent grant | ||
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