1、毕业论文开题报告 高分子材料与工程 硫酸铜还原制备铜粉 一、 选题的背景和意义 硫酸铜属于重金属盐类，别名结晶硫酸铜，蓝矾，为蓝色颗粒状或淡蓝色粉末；在空气中易风化，过于潮湿时也可潮解，但不影响药效；易溶于水，水溶液呈弱酸性。为水产养殖中常见的杀虫、消毒剂，对鱼体表寄生的原虫类、鱼体病原菌等有效的杀灭能力。硫酸铜在高温下经过氢气的还原生成铜粉，部分铜粉会被氧化成氧化铜和氧化亚铜等。 氧化铜是一种 黑色 固体 粉末 ， 密度 是 6.3 6.49g/cm3， 熔点 为 1326 。 它 不溶于水和 乙醇 ，溶于稀酸、 氰化钾 和 碳酸铵 溶液，在 氨水 中 可以 缓慢溶解，微显两性，较难溶于 碱
2、。 热稳定性 较高，加热 到 1000 以上才开始分解为 氧化亚铜 和 氧气 ， 加热易被 还原剂 还原为金属 。 加热单质铜 可以 直接制取 ， 也可加热 硝酸铜 、 氢氧化铜 等分解制得。用作玻璃、 瓷器 的 着色剂 ，有机合成的 催化剂 、油类的脱硫剂、氢化剂 ， 还用于 人造丝 的制造，以及 气体分析 和测定 有机化合物 等。 氧化亚铜不溶于水，其溶液显蓝色，高温时氧化亚铜的稳定性高于氧化铜，它只能与强氧化性酸反应 ,能被进一步氧化得到 +2 价的铜。 氧化亚铜粉末用途也非常广泛，涂料工业用作船舶防污底漆涂料杀菌剂；玻璃工业用作红玻璃和红瓷釉着色剂；农业用作杀菌剂、饲料添加剂；由于 C
3、u2O 具有半导体性质，可用作整流器材料 ;还可用作涂层、塑料和玻璃表面改性材料以及有机工业催化剂 等。日本铜化合物中，产销数量增长最迅速的是氧化亚铜，八十年代销售量就达 500 吨 /年，进入九十年代，其销售量还在不断地扩大。我国氧化亚铜的年销售量约在 400 吨以上。铜粉制备的方法有：化学还原法，电解法，机械研磨法，射线辐照 水热结晶联合法，气相蒸汽法，等离子体法等。制备氧化亚铜的方法则有干法、湿法和电解法。 二、 研究目标与主要内容 （含论文提纲） 主要内容和目标： 以五水硫酸铜为原料，在高温下脱水，通过流化床在恒定的温度下通入适量的氢气，还原脱水后的五水硫酸铜，调整在 280和 300
4、下的还原时间，不同还原时间下所 制得的铜粉。并检测其氧化亚铜的含量、进行、粒径、 XRD、 SEM、 TEM 等的分析得知1 其各种性能。 1 实验方法 目前生产铜粉的方法主要有：气相反应法、机械化学法、辐射合成法、液相还原法等。 一是 气相反应法 ：气相反应法又包括惰性气体蒸发凝聚法，流动液面真空蒸镀法，混合等离子法，爆炸丝法，气相化学反应法等。气相反应法制备的粒子具有很多优点，如颗粒均匀、纯度高、粒度小、分散性好、化学反应性与活性高等。本文所论述的是用气相还原法来制备铜粉。 二是 机械化学法 ：该法是利用高能球磨并发生化学反应的方法。高能球磨法产量高、工艺 简单，能制备常规方法难以制备的高
5、熔点金属、互不相容体系的固溶体、纳米金属间化合物及纳米金属 -陶瓷复合材料；缺点是晶粒不均匀、球磨过程中易引入杂质。 DinJ.等人使用机械化学法合成了超细铜粉。将 CuCl2 和 Na 粉混合进行机械粉碎，发生固态取代反应，生成 Cu 及 NaCl 的纳米混合物。清洗去除淹没混合物中的 NaCl，得到超细铜粉。仅以 CuCl2 和钠为初始机械粉碎，混合物将发生燃烧。如在反应混合物中加入NaCl则可避免燃烧，生成的铜粉较细，粒径在 20 50nm之间。 三是 辐射合成法 ：这是一种物理手段和化学手段相结合的 方法。此法制备纳米粒子一般采用辐照较大浓度金属盐溶液，它具有以下特点：（ 1）制备工艺
6、简单，制备周期短；（ 2）产物粒度易控，产率较高；（ 3）不仅可以制备金属纳米粒子，还可制备氧化物，硅化物及纳米复合材料；（ 4）颗粒的生成和保护可以同步进行，从而可有效防止颗粒的团聚。但辐射合成法的产物处于离散胶体状态，因此，纳米粒子的收集非常困难。 四是液相还原法， Ayyappan S.等人用水肼还原铜盐得到铜粉，加入高分子保护剂聚乙烯吡咯烷酮（ PVP）有利于稳定晶粒，防止团聚。反应需使用 Mg 作催化剂，铜粉有 相当一部分是凝聚 态。水合肼有剧毒，不适于大量使用。 VanWonterghem.J 等人采用 KBH4还原 Fe（ 2SO4） 3 和 CoCl2 得到了 10 100nm
7、 的 Fe-Co-B 合金粉末。严红革等人报道这种方式的原理也适用于制备铜超微粉末，但目前尚未如此制备出铜及其合金的超微粉末。 2.实验内容 目前生产铜粉的主要方法有气相反应法、机械化学法、辐射合成法、液相还原法等。本研究主要是以五水硫酸铜为原料，在高温下脱水，通过流化床在恒定的温度下通入适量的氢气，还原脱水后的五水硫酸铜，调整在 280和 300下的还原时间，比较在不2 同还原时间 下所制得铜粉中氧化亚铜的含量。并检测其氧化亚铜的含量、进行、粒径、XRD、 SEM、 TEM 等的分析得知其各种性能。 （ 1）研究氢气、氮气流量，还原温度、还原时间等对实验过程及产物的影响 （ 2）研究还原时间
8、、还原温度和关系。 3.实验结果分析 用标准溶液滴定分析还原率 用粒径分布仪检测粒径大小范围 用扫描电镜（ SEM） 观察样品表面的结构 、颗粒大小 用 透射电子显微镜 （ TEM） 研究纳米材料的结晶情况，观察纳米粒子的形貌、分散情况及测量和评估纳米粒子的粒径 。 4.实验结论 通过对实验结果的分析得出实验结论，得 出最佳实验效果的还原方法 。 三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等 研究方法、研究手段： 以高温气相还原法来制备铜粉，通过单因素法优化反应工艺。采用 XRD 分析仪、扫描电镜和透射电镜等技术对合成产品进行分析评价。 实验方案：实验简式流化床中，将 CuSO4 5H
9、2O 还原。 实验主要考察 CuSO4 5H2O 脱水情况、还原温度、还原时间等因素，最后确定最优工艺条件。 实施方案、技术路线： 第一步摸索五水硫酸铜的脱水温度； 第二步考研究硫酸铜还原的影响因素； 第三步考察还原率和影响因素的关系； 第四步考 察影响因素对氧化亚铜含量的影响； 第五步检测反应生成的铜粉的性能。 四、 参考文献 1 尹宏月 . 纳米铜的制备方法 J. 化学工程师 , 2009, (9): 43-44. 2 张萍 , 李大成 , 刘恒 , 张平等 . 氧化亚铜的制备 J. 1995, (3): 6-8. 3 蔡报珍 . 超细铜粉的制备及应用 J. 江西有色金属 ,2 008,
10、12, 22(4):125-131. 3 4 柏振海 , 罗兵辉等 . 氧化亚铜粉末的制备 J. 粉末冶金材料科学与工程 , 2001, 12, 6(4): 286-291 5 田爱堂 , 刘维平 , 成刚 . 超细铜粉的制备进展 J. 上海有色金属 , 2006, 2(27): 39-42. 6 王玉棉 , 于梦娇 , 王胜 , 侯新刚等 . 超细铜粉的制备方法、存在问题及应用 J . 材料导报 , 2007, (21): 126-129. 7 谭宁 , 温晓云 , 郭忠诚 , 陈步明 . 液相还原法制备超细铜粉的研究进展 J. 云南冶金 , 2009, 2(38): 71-74. 8 As
11、hour Owais. Effect of electrolyte characteristics on electrowinning of copper powderJ. J Appl Electrochem, 39: 1587-1595. 9 E.R. Birnbaum, M.W. Grinsataff, J.A. Labinger, J.E. Bercaw and H.B.Gray, J. Mol. Catal. A 113 (1996) 35. 10 李爱云 . 硫酸铜应用概述 J. 实验教学与仪器 , 1999, 5: 37. 11 曹晓国 , 吴伯麟 , 钟莲云 . 直 接还原法制
12、备片状铜粉 J. 涂料工业 , 2004, 2(34): 17-19. 五、研究的整体方案与工作进度安排 （内容、步骤、时间） 序号 时间 内容 1 2010.10.1-10.15 有关硫酸铜还原的文献查阅 2 10.15-10.30 摸索五水硫酸铜的脱水温度 3 10.31-11.15 初步探索影响硫酸铜还原的因素 4 11.15-11.30 影响因素和产率的关系 5 12.1-12.15 制备不同还原温度下的铜粉 6 12.16-12.31 制备不同还原时间下的铜粉 7 2011.1.1-1.10 进行滴定确定产物中 Cu 的含量 8 1.10-1.15 前期资料 9 1.15-1.31
13、论文框架 10 2.1-2.30 论文初稿 11 2.30-4.15 论文修改、定稿 4 六、研究的主要特点及创新点 以对五水硫酸铜为原料，以氢气为还原物质，在高温下生成以铜、氧化铜和氧化亚铜为主要成分的铜粉。 氧化铜可以 用作玻璃、 瓷器 的 着色剂 ，有机合成的 催化剂 、油类的脱硫剂、氢化剂 ， 还用于 人造丝 的制造，以及 气体 分析 和测定 有机化合物 等。 氧化亚铜在 涂料工业方面可用作船舶防污底漆涂料杀菌剂；玻璃工业上用作红玻璃和红瓷釉着色剂；农业中用作杀菌剂、饲料添加剂；由于 Cu2O 具有半导体性质，可用作整流器材料 ;还可用作涂层、塑料和玻璃表面改性材料以及有机工业催化剂等。由于工艺简单方便，制备的产物用途广泛，性能优越，这是以个值得研究的领域。 本研究中采用比较简单有效的技术路线来获取性能比较优越的产品。选用价格低 廉的五水硫酸铜为原料来制备性能多样，用途广泛的铜粉。
