表面活性剂对碱式碳酸铜制备的影响

2019-01-04

新商务周刊 2018年23期

1 碱式碳酸铜概述

碱式碳酸铜的化学式是Cu2（OH）2CO3，相对密度为3.8525，分子量是221.12，呈粉末状绿色晶体，将其加热到220℃的时候会分解。碱式碳酸铜不溶于乙醇和水，在溶于酸的时候会产生铜盐，铜盐物质溶于碱金属碳酸盐、氰化物、铵盐以及氨水的水溶液当中，产生铜相应配合物。碱式碳酸铜若加热于强碱溶液当中，或者在水中煮沸，会有褐色氧化铜生成。碱式碳酸铜能够和硫化氢产生化学反应，并有硫化铜生成。孔雀石是碱式碳酸铜在自然界当中重要的存在形式。

2 实验研究表面活性剂对碱式碳酸铜制备的影响

2.1 实验试剂与仪器

为了研究表面活性剂对碱式碳酸铜制备产生的影响，本文通过具体实验进行科学分析。实验试剂有聚乙烯醇、无水碳酸钠、无水硫酸铜、聚乙二醇200、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000和OP-80、CMC，所有试剂都是分析纯。实验仪器包括了电子分析天平、恒温电热鼓风干燥箱、电子显微镜、红外光谱仪以及磁力搅拌器等。

2.2 实验方法

无水碳酸钠和无水硫酸铜分别进行溶解，实现0.5mol/L溶液配制，将OP-80、CMC、聚乙烯醇、聚乙二醇所有表面活性剂都分别进行溶解，各实现0.05mol/L溶液配制。碳酸钠和硫酸铜按照1.2：1的物质量进行溶液搅拌，获得混合液，之后在混合液中滴入表面活性剂，进一步实现均匀搅拌。然后，在温度为75℃的水浴锅当中放入混合溶液，并不断进行15分钟的均匀搅拌，保证物质完全反应。之后对样品进行静置处理，等到样品完全沉淀后，进行抽滤和烘干处理，得到碱式碳酸铜制备样品。最后，分别通过TG-DSC、XRD、SEM、IR对样品的性能、粒度、结构和形貌进行测试。

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 对生成速度产生的影响

在碱式碳酸铜制备过程中，添加不同的表面活性剂所得到的产物颜色与生成速度可见表1。根据表1当中的相关数据，可见所知产物都是草绿色，代表均成功制得碱式碳酸铜。在没有添加表面活性剂的制备中，产物生成速度最慢，其他有添加表面活性剂的相关制备都加快了生成速度，添加PVA获得最快的生成速度。制备碱式碳酸铜过程中添加表面活性剂，加快了反应速度，主要是因为表面活性剂相应亲水基团在和溶液当中离子发生作用后，吸附于表面活性剂表层，并按照一定顺序实现了有序排列，使溶液中大量减少了游离离子，有效促进水解速度加快。在表面活性剂自身吸附作用下，使固液表面张力有所下降，促使离子逐渐由液相向固相表面扩散，进一步加快了产物晶体实际生成速度。

表1 不同表面活性剂对样品生成速度与颜色产生的影响

2.3.2 对产物组成产生的影响

碱式碳酸铜在制备过程中，分别添加不同的表面活性剂，逐个分析其相应FT-IR谱图，可以发现所有特征吸收峰都与碱式碳酸铜相符，证明所有化学反应得出的反应产物都属于碱式碳酸铜。对添加表面活性剂的制备样品和未添加表面活性剂的制备样品进行XR D谱图对比，发现两图XRD衍射峰强度以及具体位置都符合碱式碳酸铜相关标准卡片，代表两碱式碳酸铜产物都为纯相。结合IR和X RD分析结果，证明制备过程中有无表面活性剂添加，都不会影响产物组成。

2.3.3 对微观形貌产生的影响

结合实验中加入不同表面活性剂制备的碱式碳酸铜相应SEM照片（图1）进行分析，可发现图a在没有添加表面活性剂的制备中，获得接近球形花束状的薄片晶体，样品是1μm×3μm；图b、c、d在加入了不同类型的表面活性剂之后，都获得了球形形貌的样品。b样品为直径在2-6μm的刺球状。c样品为准球状，直径在5-15μm，且表面由多边形、长方形或者正方形组成。d样品为直径在1-20μm的表面光滑且密实的球形。因为表面活性剂类型不同，相应的溶液当中的亲水基团数量、性质以及高分子链浓度、长度也都有所差异，导致对球形内核分子之间以及大小作用力都所有不同，进而获得形貌不同的球形产物。

图1 加入不同表面活性剂制备的碱式碳酸铜相应SEM照片

2.3.4 对热力学特征产生的影响

制备碱式碳酸铜过程中，添加PVA获得毛刺球形样品，这样的表面结构导致产物含水量相对较高，并且会快速扩散和传热，在失重之初温度最低，此时会大量损失质量。加入聚乙二醇4000获得的样品，在失重之初温度最高，此时不会过多损失质量。没有添加表面活性剂所制备样品具体分解温度是300℃，添加CMC、PVA和聚乙二醇4000所制备的样品具体分解温度分别是295、265和320℃。由此可见，添加PVA所制备的样品因为是刺球状，所以其分解温度下降了35℃；加入聚乙二醇4000制备样品由于球面有大量板块结构，所以分解温度提升了20℃；而加入CMC所制备样品与无表面活性剂添加的样品两者具有相近的热稳定性。