CN108914164A - 一种从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法，包括如下步骤：(1)取含铜废液置于超声波清洗器中，调节pH，进行超声处理；(2)采用石墨作为阳极，不锈钢作为阴级，以上组成电极，将电极置于步骤(1)处理后的含铜废液中，添加表面活性剂，接通脉冲直流电流，恒温下进行脉冲电沉积反应，在不锈钢上沉积铜粉；(3)将步骤(2)沉积的纳米铜粉置于含抗氧化剂和油酸的溶液中搅拌，进行粉体抗氧化改性；(4)取出步骤(3)反应后的铜粉，用去离子水和乙醇进行清洗，然后放入真空干燥箱中干燥，得到纳米铜粉。该法制备的纳米铜粉在润滑油中分散性好，大幅提高润滑油的耐磨性能，且实验操作简单，成本低，在回收铜的基础上，提高了废液铜的附加值。

Description

一种从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法
技术领域
本发明属于纳米铜粉制备领域，特别是涉及一种从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法。
背景技术
随着电子行业的不断发展壮大，该行业的环保问题也显得越来越重要。一般在蚀刻工序中会产生的大量含铜蚀刻废液，因此这些蚀刻废液中包含大量的废物铜，目前主要处理这些含铜废液的方法是通过电镀法或还原法回收金属铜，废液中大量的氨氮、氯等污染成分往往被忽视，不仅造成资源的浪费和损失，而且也会对自然环境造成很大的危害。
申请号为CN1472365的中国专利公布了一种电解铜废液处理工艺，通过一次或分次加入工业硫酸，进行酸析依次分离出硫酸母液、硫酸铜、硫酸镍，但酸析过程对设备要求较高，且增加了操作人员在生产过程中的风险性，而且缺少除杂工序使得所得产品杂质含量较高，不利于生产出其附加值产品。因此在回收铜资源的基础上，同时生产出高附加值产品，产生经济效益的同时也能够实现良好的环境效益。
发明内容
本发明的目的是针对目前不能充分利用含铜废液资源的问题，提供了一种从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法，以蚀刻含铜废液为原料，通过超声脉冲电沉积法对废液中铜离子充分回收，并且将所回收的纳米铜粉应用于润滑油中增加其耐磨性能，以提高废液铜的附加值。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法，包括如下步骤：
(1) 取含铜废液置于超声波清洗器中，调节pH，进行超声处理；
(2) 采用石墨作为阳极，不锈钢作为阴级，以上组成电极，将电极置于步骤(1)处理后的含铜废液中，添加表面活性剂，接通脉冲直流电流，恒温下进行脉冲电沉积反应，在不锈钢上沉积铜粉；
(3) 将步骤(2)沉积的纳米铜粉置于含抗氧化剂和油酸的溶液中搅拌，进行粉体抗氧化改性；
(4) 取出步骤(3)反应后的铜粉，用去离子水和乙醇进行清洗，然后放入真空干燥箱中干燥，得到纳米铜粉。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(1) 含铜废液中铜离子的浓度为0.2-0.3mol/L，调节的pH值为2-11。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(1)中的超声处理是指：25℃下，在30-800w的超声功率中处理0.3-3h。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(2)中阳极和阴极间距离为1-5cm；阳极和阴极的尺寸为5cm×5cm。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(2)中脉冲电沉积的电流密度为50-1200 A/m2、占空比为30-150%、电沉积温度为10-150℃、电沉积时间为2-5h。
本发明进一步解决的技术方案是，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述抗氧化剂为苯骈三氮唑；聚乙烯吡咯烷酮与含铜废液的质量比为(1-5):100，油酸与含铜粉的质量比为(1-5):100，苯骈三氮唑与铜粉的质量比为(4-8):100。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(3)中搅拌温度为30-50℃，搅拌时间为20-30min。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(4)中，真空干燥温度为40-60℃，真空干燥时间为1-3h。
本发明所制备的铜粉作为自修复剂在基础润滑油中的应用也在本发明的保护范围，所述基础润滑油为粘度等级220或320的工业齿轮油。
本发明的有益效果为：
1、本发明的一种从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法，采用超声波处理与脉冲电沉积法相结合，从含铜刻蚀废液中制备得到纳米铜粉，并将其应用于基础润滑油中作为自修复剂，该法制备的纳米铜粉在润滑油中分散性好，大幅提高润滑油的耐磨性能，且实验操作简单，成本低。
2、本发明在传统的脉冲电沉积的工艺方法中增加了抗氧化处理，采用苯骈三氮唑对纳米铜粉进行改性，提高了其在空气中的稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的发明内容作进一步地说明。
含铜废液的铜离子浓度为0.281 mol/L，pH值为1；乙醇为工业级，纯度大于99％；苯骈三氮唑和油酸为分析纯；基础润滑油为粘度等级320的工业齿轮油为基础润滑油。
实施例1
取200ml的含铜废液置于烧杯中，将烧杯置于超声波清洗器中，调节pH值为9，超声功率550w，在25℃下超声处理0.5h；取聚乙烯吡咯烷酮按照与含铜废液质量比3:100加入此含铜废液中；选用石墨作阳极，高度抛光的不锈钢为阴极，以上组成电极，所述电极的尺寸均为5cm×5cm，电极之间的间距为1cm；将电极置入烧杯中，调节温度为25℃，接通脉冲直流电流，控制1000A/m2、占空比50%，进行脉冲电沉积反应，并保持电解过程中温度不变；电解2h后得到纳米铜粉，置入由油酸和苯骈三氮唑配制的抗氧化剂溶液中，油酸与纳米铜粉的质量比为3:100，苯骈三氮唑与纳米铜粉的质量比为5:100，在40℃下搅拌20min进行抗氧化处理；将经过抗氧化处理后的铜粉用去离子水和乙醇清洗，置于真空干燥箱中，40℃下干燥5h。剩余铜离子浓度0.11mg/L，制备得到纳米铜粉的平均粒径为18nm。
实施例2
取200ml的含铜废液置于烧杯中，将烧杯置于超声波清洗器中，调节pH值为11，超声功率640w，在25℃下超声处理2h；取聚乙烯吡咯烷酮按照与含铜废液质量比1:100加入此含铜废液中；选用石墨作阳极，高度抛光的不锈钢为阴极，以上组成电极，所述电极的尺寸均为5cm×5cm，电极之间的间距为2cm；将电极置入烧杯中，调节温度为150℃，接通脉冲直流电流，控制50A/m2、占空比30%，进行脉冲电沉积反应，并保持电解过程中温度不变；电解3h后得到纳米铜粉，置入由油酸和苯骈三氮唑配制的抗氧化剂溶液中，油酸与纳米铜粉的质量比为1:100，苯骈三氮唑与纳米铜粉的质量比为6:100，在30℃下搅拌30min进行抗氧化处理；将经过抗氧化处理后的铜粉用去离子水和乙醇清洗，置于真空干燥箱中，50℃下干燥3h。剩余铜离子浓度1.5mg/L，制备得到纳米铜粉的平均粒径为120nm。
实施例3
取200ml的含铜废液置于烧杯中，将烧杯置于超声波清洗器中，调节pH值为2，超声功率720w，在25℃下超声处理3h；取聚乙烯吡咯烷酮按照与含铜废液质量比5:100加入此含铜废液中；选用石墨作阳极，高度抛光的不锈钢为阴极，以上组成电极，所述电极的尺寸均为5cm×5cm，电极之间的间距为5cm；将电极置入烧杯中，调节温度为80℃，接通脉冲直流电流，控制1200A/m2、占空比150%，进行脉冲电沉积反应，并保持电解过程中温度不变；电解5h后得到纳米铜粉，置入由油酸和苯骈三氮唑配制的抗氧化剂溶液中，油酸与纳米铜粉的质量比为5:100，苯骈三氮唑与纳米铜粉的质量比为8:100，在40℃下搅拌20min进行抗氧化处理；将经过抗氧化处理后的铜粉用去离子水和乙醇清洗，置于真空干燥箱中，60℃下干燥3h。剩余铜离子浓度3.9mg/L，制备得到纳米铜粉的平均粒径为26nm。
应用例1
取实施例1制备的铜粉，质量分数为0.3%，添加于粘度等级320的工业齿轮油中，超声分散30min后在1600 r/min下进行高速搅拌1h，制备具有自修复性能的润滑油，然后加入摩擦磨损试验机中预热20min，将摩擦力矩调零，在空载荷情况下，把转速调节到规定数值1200±60r/min，然后将载荷调整到392N下，控制温度25℃、转速1200 r/min，测得摩擦系数0.0697，磨斑直径0.31mm。
应用例2
取实施例2制备的铜粉，质量分数为0.3%，添加于粘度等级320的工业齿轮油中，超声分散30min后在1600 r/min下进行高速搅拌1h，制备具有自修复性能的润滑油，然后加入摩擦磨损试验机中预热20min，将摩擦力矩调零，在空载荷情况下，把转速调节到规定数值1200±60r/min，然后将载荷调整到392N下，控制温度25℃、转速1200 r/min，测得摩擦系数0.0832，磨斑直径0.41mm。
应用例3
取实施例3制备的铜粉，质量分数为0.3%，添加于粘度等级320的工业齿轮油中，超声分散30min后在1600 r/min下进行高速搅拌1h，制备具有自修复性能的润滑油，然后加入摩擦磨损试验机中预热20min，将摩擦力矩调零，在空载荷情况下，把转速调节到规定数值1200±60r/min，然后将载荷调整到392N下，控制温度25℃、转速1200 r/min，测得摩擦系数0.0711，磨斑直径0.35mm。
对比例1
直接将粘度等级320的工业齿轮油加入摩擦磨损试验机中预热20min，然后将摩擦力矩调零，在空载荷情况下，把转速调节到规定数值1200±60r/min，然后将载荷调整到392N下，控制温度25℃、转速1200 r/min，测得摩擦系数0.11，磨斑直径0.55mm。
由应用例1-3和对比例1可知，在基础润滑油中添加本发明实施例1-3制备的纳米铜粉，测试得到摩擦系数和磨斑直径小于直接应用基础润滑油测试的对比例1的结果，说明添加纳米铜粉后使得润滑油的耐磨性能大幅提高，自修复性能增强。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 取含铜废液置于超声波清洗器中，调节pH，进行超声处理；
(2) 采用石墨作为阳极，不锈钢作为阴级，以上组成电极，将电极置于步骤(1)处理后的含铜废液中，添加表面活性剂，接通脉冲直流电流，恒温下进行脉冲电沉积反应，在不锈钢上沉积铜粉；
(3) 将步骤(2)沉积的纳米铜粉置于含抗氧化剂和油酸的溶液中搅拌，进行粉体抗氧化改性；
(4) 取出步骤(3)反应后的铜粉，用去离子水和乙醇进行清洗，然后放入真空干燥箱中干燥，得到纳米铜粉。
2.根据权利要求1所述的从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法，其特征在于，所述步骤(1) 含铜废液中铜离子的浓度为0.2-0.3mol/L，调节的pH值为2-11。
3.根据权利要求1所述的从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的超声处理是指：25℃下，在30-800w的超声功率中处理0.3-3h。
4.根据权利要求1所述的从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法，其特征在于，所述步骤(2)中阳极和阴极间距离为1-5cm；阳极和阴极的尺寸为5cm×5cm。
5.根据权利要求1所述的从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法，其特征在于，所述步骤(2)中脉冲电沉积的电流密度为50-1200 A/m2、占空比为30-150%、电沉积温度为10-150℃、电沉积时间为2-5h。
6.根据权利要求1所述的从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法，其特征在于，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述抗氧化剂为苯骈三氮唑；聚乙烯吡咯烷酮与含铜废液的质量比为(1-5):100，油酸与含铜粉的质量比为(1-5):100，苯骈三氮唑与铜粉的质量比为(4-8):100。
7.根据权利要求1所述的从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法，其特征在于，所述步骤(3)中搅拌温度为30-50℃，搅拌时间为20-30min。
8.根据权利要求1所述的从含铜废液回收制备抗氧化纳米铜粉的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，真空干燥温度为40-60℃，真空干燥时间为1-3h。
9.由权利要求1-8任一项所述的方法所制得的铜粉作为自修复剂在基础润滑油中的应用。
10.权利要求9所述的铜粉作为自修复剂在基础润滑油中的应用，其特征在于，所述基础润滑油为工业齿轮油；所述工业齿轮油的粘度等级为220或320。
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