堿式碳酸銅生產(chǎn)中不同表面活性劑的作用,化工論文

堿式碳酸銅生產(chǎn)中不同表面活性劑的作用,化工論文摘要：以CuSO4和Na2CO3為原料制備堿式碳酸銅,采用XRD、FT-IR、SEM及TG-DSC測試樣品,研究了外表活性劑對堿式碳酸銅的構(gòu)造、形貌及熱力學(xué)特征的影響。結(jié)果表示清楚,當(dāng)n(CuSO4)∶n(Na2CO3)=1∶1.2、反響溫度為75℃時,均可制備純相堿式碳酸銅,但添加外表活性劑可提高產(chǎn)物的生成速度;無外表活性劑制備的樣品形貌為薄片晶體反向成束生長為近似球形的花束狀,添加外表活性劑的樣品形貌均為球形;外表活性劑對堿式碳酸銅的熱分解溫度具有明顯影響:聚乙烯醇使樣品分解溫度降低35℃,PEG4000卻使樣品的分解溫度升高了20℃。本文關(guān)鍵詞語：外表活性劑;堿式碳酸銅;熱分解溫度;Abstract：FT-IR,SEMandTG-DSCwereusedtostudytheeffectofsurfaceactiveagentonthestructure,morphologyandthermodynamiccharacteristicsofthebasiccupriccarbonatepreparedwithCuSO4andNa2CO3asrawmaterials.Resultsshowedthatallthepreparedsampleswerebasiccupriccarbonatewhentheamount-of-substanceratioofCuSO4toNa2CO3was1∶1.2andthereactiontemperaturewas75℃,buttheadditionofsurfactantcanimprovethegenerationspeedoftheproduct.ThemicromorphologyofthesamplepreparedbyCuSO4andNa2CO3withoutsurfactantwasnearsphericalbouquetformedbythincrystalgrowingattheoppositedirection.ThemicromorphologyofallthesamplepreparedbyaddingsurfactantintotheCuSO4andNa2CO3mixedsolutionwerespherical.Comparisonwiththesamplepreparedbyaddingnosurfactantduringpreparation,thethermaldecompositiontemperatureofthebasiccoppercarbonatewasdifferentwhendifferentsurfactantswereaddingduringpreparation.Resultswerethatthethermaldecompositiontemperaturedecreased35℃whenpolyvingakoholwasadding,whilethedecompositiontemperatureincreased20℃whenPEG4000wasadding.Keyword：surfactant;basiccoppercarbonate;heatdecompositiontemperature;堿式碳酸銅[Cu2(OH)2CO3]是一種具有廣泛用處的化工產(chǎn)品,在有機(jī)合成、生物、農(nóng)業(yè)、電鍍、油漆、顏料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1-4]。當(dāng)前,對堿式碳酸銅的制備有較多研究[1-7],但未見關(guān)于外表活性劑影響的研究報道。筆者研究了不同外表活性劑對堿式碳酸銅的生成速度、形貌及熱力學(xué)特征的影響,以期為生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。1、實(shí)驗(yàn)部分1.1、試劑與儀器試劑:CuSO45H2O、無水Na2CO3、PEG200、PEG2000、PEG4000、羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸酯(OP-80),均為分析純。儀器:VEGA3型掃描電子顯微鏡、STA449F3Jupiter型同步熱分析儀、NICOLET10型傅里葉變換紅外光譜儀、電子分析天平、JB3型磁力攪拌器、HH-S6型水浴鍋、電熱恒溫鼓風(fēng)枯燥箱。1.2、實(shí)驗(yàn)方式方法CuSO45H2O和Na2CO3分別溶解配制0.5mol/L的溶液,外表活性劑(PEG200、PEG2000、PEG4000、CMC、PVA和OP-80)分別溶解配制0.05mol/L的溶液。按物質(zhì)的量比1.2∶1將Na2CO3溶液倒入CuSO4溶液中,不斷攪拌。再將外表活性劑溶液滴入混合溶液中,攪拌均勻后,將混合溶液放入75℃水浴鍋中持續(xù)攪拌反響15min,靜置至樣品沉淀完全,抽濾、烘干制得堿式碳酸銅樣品。分別采用XRD、IR、SEM和TG-DSC測試樣品的構(gòu)造、形貌、粒度和性能。2、結(jié)果和討論2.1、外表活性劑對堿式碳酸銅的生成速度的影響表1為參加不同外表活性劑制備堿式碳酸銅的生成速度和顏色。由表1可見,制得的產(chǎn)物均為草綠色,講明產(chǎn)物均為堿式碳酸銅;在制備經(jīng)過中參加外表活性劑使產(chǎn)物的生成速度加快,華而不實(shí)參加PVA的生成速度最快。由于堿式碳酸銅是由Cu2+、CO32-、OH-構(gòu)成,而在該反響中,Cu2+、CO32-都能夠由原料直接提供,OH-要通過Cu2+和CO32-的水解來獲取,這個經(jīng)過是一個雙促進(jìn)的水解經(jīng)過,參加外表活性劑使反響速度加快,其原因可能溶液中的離子與外表活性劑的親水基團(tuán)作用吸附在外表活性劑的外表進(jìn)行有序排列,進(jìn)而降低溶液中的游離的離子濃度,并進(jìn)一步加快水解速度。同時由于外表活性劑的吸附降低了固液外表張力,有利于離子從液相擴(kuò)散到固相外表,進(jìn)而也加快了晶體的生長速度。表1不同外表活性劑對樣品生成速度和顏色的影響2.2、外表活性劑對產(chǎn)物組成的影響圖1為添加不同外表活性劑制備的堿式碳酸銅的FT-IR譜圖。由圖1可見,3398cm-1附近的小峰為羥基(HOH)的伸縮振動產(chǎn)生的峰。1507cm-1和1395cm-1附近出現(xiàn)的吸收峰分別為OCO的反對稱伸縮振動和對稱伸縮振動吸收峰;872.83cm-1附近的吸收峰是(OH)面外彎曲振動吸收;748cm-1附近的吸收峰是OCO的彎曲振動;1044cm-1附近的吸收峰是CuOH的伸縮振動吸收;504.37~575.19、cm-1處的吸收峰是CuO的伸縮振動,這些都是屬于堿式碳酸銅的特征吸收峰,講明反響產(chǎn)物為堿式碳酸銅[2,7]。圖2為添加和未添加外表活性劑樣品的XRD譜圖。由圖2可見,XRD衍射峰的位置和強(qiáng)度均與堿式碳酸銅標(biāo)準(zhǔn)卡片(PDF41-1390)的一致,講明產(chǎn)物均為純相堿式碳酸銅,該結(jié)果與FT-IR分析結(jié)果一致。XRD和IR的分析結(jié)果講明,制備經(jīng)過中添加外表活性劑對產(chǎn)物的組成沒有影響。圖1添加不同外表活性劑制備的堿式碳酸銅的FT-IR譜圖aPEG200;bPEG2000;cPEG4000;dPVA;eCMC圖2添加和未添加外表活性劑樣品的XRD譜圖a無外表活性劑;b添加PEG40002.3、外表活性劑對堿式碳酸銅的微觀形貌的影響圖3為添加和未添加外表活性劑制備的堿式碳酸銅的SEM照片。由圖3a可見,無外表活性劑時所得樣品為1m3m的薄片晶體反向成束生長為近似球形的花束狀,這是由于堿式碳酸銅分子間存在氫鍵,在氫鍵的作用下晶體成束生長。圖3b~3d中參加不同外表活性劑制備的樣品形貌均為球形,華而不實(shí)圖3b的樣品形貌如同卷縮成球的刺猬狀,外表呈蜂窩狀的刺球直徑為2~6圖3c的樣品顆粒為直徑5~15m的準(zhǔn)球形,外表由較平整的正方形、長方形或不規(guī)則多邊形組成,多邊形的邊長為1~3m。從多邊形的縫隙能夠看出,球內(nèi)部為針狀或纖維狀的晶體。圖3d的樣品顆粒為外表密實(shí)光滑的球形,直徑為1~20m。由于外表活性劑為兩親物質(zhì),在溶液中堿式碳酸銅晶核與親水基團(tuán)結(jié)合吸附在外表活性劑的外表,而外表活性劑的疏水基團(tuán)為了逃離水而卷縮成團(tuán)構(gòu)成球形內(nèi)核,溶液中的Cu2+、CO32-、OH-3種離子擴(kuò)散到球形晶核外表定向生長為球形。外表活性劑不同,溶液中的高分子鏈的長度和濃度、親水基團(tuán)的性質(zhì)及數(shù)量不同,使構(gòu)成的球形內(nèi)核的大小、分子間的作用力不同,所以構(gòu)成球形的形貌不同。圖3添加不同外表活性劑制備的堿式碳酸銅的SEM照片a無外表活性劑;bPVA;cPEG4000;dCMC2.4、對熱力學(xué)特征的影響圖4為堿式碳酸銅的TG-DSC曲線。由圖4a可知,以PVA為外表活性劑制備的樣品由于其蜂窩狀的毛刺外表構(gòu)造使其含水量高、傳熱和擴(kuò)散速度最快,因而開場失重時的溫度最低,質(zhì)量損失最大。加PEG4000制備的樣品起始失重溫度最高,質(zhì)量損失最少。由圖4b可知,無外表活性劑制備的堿式碳酸銅的分解溫度為300℃,以PVA、PEG4000、CMC為外表活性劑制備的樣品分解溫度分別為265、320、295℃。加PVA制備的樣品由于蜂窩針狀的形貌特征使得分解溫度降低了35℃。加PEG4000制備的樣品可能是由于其接近球面的板塊構(gòu)造使制備的樣品的熱穩(wěn)定性提高了20℃。加CMC制備的樣品熱穩(wěn)定性與不加外表活性劑制備的樣品相近。圖4堿式碳酸銅的TG-DSC曲線aTG曲線;bDSC曲線3、結(jié)論實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論:1)CuSO4和Na2CO3的物質(zhì)的量比為1∶1.2、反響溫度為75℃時,無論能否添加外表活性劑均可制備純相堿式碳酸銅;2)添加外表活性劑可使堿式碳酸銅的生成速度加快;3)外表活性劑對堿式碳酸銅的形貌具有顯著影響,華而不實(shí)無外表活性劑制備的堿式碳酸銅的形貌為薄片晶體反向成束生長為近似球形的花束狀,添加PVA、PEG4000、CMC制備的堿式碳酸銅的形貌均為球形;4)外表活性劑會影響堿式碳酸銅的熱穩(wěn)定性,華而不實(shí)PVA使堿式碳酸銅的溫度降低35℃,PEG4000使堿式碳酸銅的溫度升高,而CMC對堿式碳酸銅的熱穩(wěn)定性影響不大。以下為參考文獻(xiàn)：[1]吳永娟,趙大洲,費(fèi)菲,等.制備參數(shù)對堿式碳酸銅構(gòu)成經(jīng)過的影響[J].化學(xué)教育,2021,36(22):28-33.[2]陳靜,石曉波,龔麗維,等.堿式碳酸銅的制備[J].大學(xué)化學(xué),2020,27(5):78-82.[3]曹小華,謝燕蕓,吳童玲,等.堿式碳酸銅的制備工藝研究[J].化工中間體,2008,4(12):43-45.[4]王衛(wèi)兵,趙躍強(qiáng),