專利名稱：一種納米銅粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米銅粉的制備方法，納米銅粉可用于民用或軍事用途，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米銅粉的工業(yè)化生產(chǎn)工藝屬于納米材料制備領(lǐng)域的高新技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)納米銅粉的方法主要有方法一，高溫加熱蒸發(fā)法將金屬銅在高溫、真空設(shè)備中加熱揮發(fā)，用氮?dú)饣蚨栊詺怏w將金屬蒸汽帶入低溫收集室中進(jìn)行收集，這種方法目前已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是可以生產(chǎn)不同的納米金屬材料，產(chǎn)品純度較高。其缺點(diǎn)是產(chǎn)品的分散性不好，設(shè)備投入較大，工藝復(fù)雜，由于表面比較清潔，未被修飾，在空氣中容易氧化，甚至?xí)l(fā)生爆炸等危險(xiǎn)。方法二，電解法用金屬銅作為陽(yáng)極，銅鹽的飽和水溶液添加一定比例的還原劑和分散劑作為電解液，通過(guò)電解在陰極室直接獲得納米銅粉。該方法的特點(diǎn)是生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單， 成本低。但不適合規(guī)?；a(chǎn)，生產(chǎn)的納米顆粒粒徑分布很大，粉體團(tuán)聚嚴(yán)重。由于工藝比較難掌握，一般在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用較多。方法三，還原法直接用銅鹽還原處理來(lái)制備，如用水合胼以及維生素C作為還原劑，在一定溫度下可以直接將銅鹽還原成納米銅。該方法特點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單。實(shí)驗(yàn)室研究納米銅的特性一般采取這種方法。由于生產(chǎn)工藝不成熟，粉末顆粒不均勻，大批量生產(chǎn)還有不少工藝條件有待解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工業(yè)化生產(chǎn)方法，能大批量生產(chǎn)、顆粒分布均勻、分散性好、尺寸可調(diào)的納米銅粉工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案的特點(diǎn)在于采用非水體系電解液，直接犧牲陽(yáng)極銅的電化學(xué)方法，其具體過(guò)程為第一步，電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程在自制的特殊電解槽內(nèi)，用金屬銅作為陽(yáng)極，導(dǎo)電材料作為陰極，電解液為有機(jī)醇，一般使用為對(duì)環(huán)境友好的酒精，加上比例為0.01% -100%的可溶于電解液的銨鹽為電解質(zhì)，在電化學(xué)反應(yīng)中，銨鹽不參加化學(xué)反應(yīng)，陽(yáng)極銅與有機(jī)醇結(jié)合，生成銅和有機(jī)醇的壓穩(wěn)態(tài)物質(zhì)R-Cu，稱為納米銅的前驅(qū)體；第二步，還原熱處理將納米銅前驅(qū)體與有機(jī)醇或其它飽和烴以及非飽和烴液體按1 0.05-100的比例混合，將混合后的納米銅前驅(qū)體密封在高壓釜中進(jìn)行還原處理，還原溫度控制在150-300 攝氏度之間，在20-150大氣壓力下還原，還原時(shí)間控制在10-300分鐘之間，最佳時(shí)間為 120-180分鐘，及可得到納米銅粉，該納米銅粉表面被有機(jī)醇所包覆，因此所得到的納米銅粉可以很容易分散在有機(jī)溶劑或水中；
第三步，分離，干燥將還原后得到的納米銅粉和有機(jī)溶劑的混合物，通過(guò)工業(yè)離心機(jī)裝置將納米銅粉分離出來(lái)，再用工業(yè)酒精進(jìn)行清洗，就可以得到濕的納米銅粉，粉體干燥是把高速離心出來(lái)的納米銅粉放入真空干燥箱中，真空干燥箱內(nèi)的溫度設(shè)定在-5-400攝氏度之間，最佳的溫度為50攝氏度，分離出的溶劑可以再進(jìn)入電解槽內(nèi)，添加電解質(zhì)，繼續(xù)使用；第四步，產(chǎn)品包裝將干燥的納米銅粉在真空包裝機(jī)內(nèi)，按照一定的重量進(jìn)行真空包裝，從而完成納米銅粉的生產(chǎn)工藝。在自制的特殊電解槽內(nèi)，用金屬銅作為陽(yáng)極，導(dǎo)電材料作為陰極，電解液為有機(jī)醇，一般都使用對(duì)環(huán)境友好的酒精，加上可溶于電解液的銨鹽為電解質(zhì)，在電化學(xué)反應(yīng)中， 銨鹽不參加化學(xué)反應(yīng)，陽(yáng)極銅與有機(jī)醇結(jié)合，生成銅和有機(jī)醇的壓穩(wěn)態(tài)物質(zhì)R-Cu，稱為納米銅的前驅(qū)體，這個(gè)過(guò)程都是在密封狀態(tài)下完成的，其化學(xué)反應(yīng)過(guò)程為Cu-le+R — R-Cu ；Cu-2e+2R — I 2-Cu，其中 R 為有機(jī)醇，R-Cu ；R2-Cu 為銅離子和有機(jī)醇結(jié)合的前驅(qū)體。在此過(guò)程中導(dǎo)電材料是指可以作為電極的材料，如金屬鎳、銅、金銀、玻璃碳等。在這個(gè)過(guò)程中提到的電解液為有機(jī)醇，包括甲醇，乙醇，丙醇，異丙醇等醇類，及所選的醇類一般都具有一定的極性這是該方法得以成功制備納米銅粉的必要條件。在這個(gè)過(guò)程中提到的電解質(zhì)為銨鹽，這種按鹽為無(wú)機(jī)銨鹽或有機(jī)銨鹽，如氯化銨， 溴化銨，四乙基氯化銨，四丙基氯化銨直到四X基氯化銨，其中X為可能的烴基鏈，以及四乙基溴化銨，四丙基溴化銨直到四X基溴化銨，其中X為可能的烴基鏈，其中的氯離子和溴離子在電化學(xué)反應(yīng)中起到加快陽(yáng)極銅離子的剝落作用，減少陽(yáng)極表面的鈍化，增加電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。將納米銅的前驅(qū)體CUR1+、CUR2+與有機(jī)醇或其它飽和烴以及非飽和烴液體混合，將混合后的納米銅前驅(qū)體密封在高壓釜中進(jìn)行還原處理，還原溫度控制在200攝氏度，在30 大氣壓力下還原，還原時(shí)間控制在120-180分鐘內(nèi)，及可得到納米銅粉，該納米銅粉表面被有機(jī)醇所包覆，因此所得到的納米銅粉可以很容易分散在有機(jī)溶劑或水中。在這個(gè)過(guò)程中提到的納米銅粉的前驅(qū)體是銅離子和具有一定極性的醇的結(jié)合體。 該前驅(qū)體在有機(jī)醇中被還原，銅離子被還原形核長(zhǎng)大，當(dāng)達(dá)到一定的尺寸，表面能降低被有機(jī)醇包覆，納米銅粉就不在長(zhǎng)大，從而達(dá)到納米銅粉。還原所需的溫度應(yīng)該大于150攝氏度以上，保溫2小時(shí)以上，所用的容器為特種高壓釜，還原是在密封條件下進(jìn)行。本發(fā)明與其它方法的對(duì)比該發(fā)明方法與方法一“等離子加熱蒸發(fā)”法比較，具有設(shè)備成本低，工藝簡(jiǎn)單，成本低，能耗低，一次性投入小等特點(diǎn)。同時(shí)解決了“等離子加熱蒸發(fā)”法生產(chǎn)的納米銅粉表面容易氧化的關(guān)鍵問(wèn)題。該發(fā)明與方法二 “直接電解還原”法比較，具有生產(chǎn)的納米銅粉分散性好，顆粒分布窄，結(jié)局直接還原法生產(chǎn)的納米銅粉團(tuán)聚的致命弱點(diǎn)。并且工藝容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量溫度可靠。該發(fā)明與方法三比較，生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有副產(chǎn)品出現(xiàn)，無(wú)廢水廢氣排放，屬于環(huán)保型方法，產(chǎn)品純度高等特點(diǎn)。本發(fā)明具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)和有益效果1)該方法無(wú)任何廢水和副產(chǎn)品排放，屬于環(huán)保型工業(yè)化制備納米銅粉的好方法；2)投資小、成本低、可適用于任何生產(chǎn)規(guī)模；3)產(chǎn)品分散性好、無(wú)論從化學(xué)成分、物理性能都能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；4)能大批量生產(chǎn)，顆粒分布均勻，分散性好，尺寸可調(diào)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 第一步，電化學(xué)反應(yīng)在自制的特殊電解槽內(nèi)，用1. 2公斤金屬銅板作為陽(yáng)極，負(fù)極材料采用玻璃碳，電解液為環(huán)境友好型試劑工業(yè)酒精，純度為99. 9%無(wú)水酒精10升，加入500克四庚基氯化銨作為導(dǎo)電劑，在正負(fù)極之間通以3伏直流電，經(jīng)過(guò)M小時(shí)，得到納米銅粉的前驅(qū)物5公斤；Cu-le+R — R-Cu ；Cu-2e+2R — I 2-Cu，其中 R 為有機(jī)醇，R-Cu ；R2-Cu 為銅離子和有機(jī)醇結(jié)合的前驅(qū)體。第二步，熱還原處理將第一步得到的5公斤納米銅粉的前驅(qū)物，放入10升高壓釜內(nèi)，加入5升酒精。加熱到200攝氏度保溫2小時(shí)。自然冷卻至室溫取出納米銅粉和酒精混合物；CuR加熱一Cu+R ；R2-Cu加熱一Cu+2R，其中的R為有機(jī)醇。第三步，分離，干燥將第二步獲得的納米銅粉的混合物在離心機(jī)過(guò)濾下，再經(jīng)過(guò)純的酒精清洗得到半干狀態(tài)下的納米銅粉，將半干狀態(tài)下的銅粉直接放入真空干燥箱中干燥，即得到納米技術(shù)銅粉的粉體；第四步，產(chǎn)品包裝將第三步得到的納米銅粉成品，在真空包裝機(jī)里進(jìn)行真空包裝，經(jīng)過(guò)稱量可得到1 公斤納米銅粉。實(shí)施例2 第一步，電化學(xué)反應(yīng)在自制的特殊電解槽內(nèi)，用5. 5公斤金屬銅板作為陽(yáng)極，負(fù)極材料采用玻璃碳，電解液為環(huán)境友好型試劑工業(yè)酒精，純度為99. 9%無(wú)水酒精50升，加入2000克四庚基氯化銨作為導(dǎo)電劑，在正負(fù)極之間通以3伏直流電，經(jīng)過(guò)M小時(shí)，得到納米銅粉的前驅(qū)物25公斤；Cu-le+R — R-Cu ；Cu-2e+2R — I 2-Cu，其中 R 為有機(jī)醇，R-Cu ；R2-Cu 為銅離子和有機(jī)醇結(jié)合的前驅(qū)體。第二步，熱還原處理將第一步得到的25公斤納米銅粉的前驅(qū)物，放入50升高壓釜內(nèi)，加入15升酒精， 加熱到200攝氏度保溫2小時(shí)，自然冷卻至室溫取出納米銅粉和酒精混合物；CuR加熱一Cu+R ；R2-Cu加熱一Cu+2R，其中的R為有機(jī)醇。第三步，分離，干燥
將第二步獲得的納米銅粉的混合物在離心機(jī)過(guò)濾下，再經(jīng)過(guò)純的酒精清洗得到半干狀態(tài)下的納米銅粉，將半干狀態(tài)下的銅粉直接放入真空干燥箱中干燥，即得到納米技術(shù)銅粉的粉體；第四步，產(chǎn)品包裝將第三步得到的納米銅粉成品，在真空包裝機(jī)里進(jìn)行真空包裝，經(jīng)過(guò)稱量可得到5 公斤納米銅粉。實(shí)施例3 第一步，電化學(xué)反應(yīng)在自制的特殊電解槽內(nèi)，用16公斤金屬銅板作為陽(yáng)極，負(fù)極材料采用玻璃碳，電解液為環(huán)境友好型試劑工業(yè)酒精，純度為99. 9%無(wú)水酒精100升，加入3000克四庚基氯化銨作為導(dǎo)電劑，在正負(fù)極之間通以3伏直流電，經(jīng)過(guò)M小時(shí)，得到納米銅粉的前驅(qū)物75公斤；Cu-le+R — R-Cu ；Cu-2e+2R — I 2-Cu，其中 R 為有機(jī)醇，R-Cu ；R2-Cu 為銅離子和有機(jī)醇結(jié)合的前驅(qū)體。第二步，熱還原處理將第一步得到的75公斤納米銅粉的前驅(qū)物，放入100升高壓釜內(nèi)，加入50升酒精，加熱到200攝氏度保溫2小時(shí)，自然冷卻至室溫取出納米銅粉和酒精混合物；CuR加熱一Cu+R ；R2-Cu加熱一Cu+2R，其中的R為有機(jī)醇。第三步，分離，干燥將第二步獲得的納米銅粉的混合物在離心機(jī)過(guò)濾下，再經(jīng)過(guò)純的酒精清洗得到半干狀態(tài)下的納米銅粉，將半干狀態(tài)下的銅粉直接放入真空干燥箱中干燥，即得到納米技術(shù)銅粉的粉體；第四步，產(chǎn)品包裝將第三步得到的納米銅粉成品，在真空包裝機(jī)里進(jìn)行真空包裝，經(jīng)過(guò)稱量可得到 15公斤納米銅粉。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說(shuō)明書(shū)參照上述的各個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換；而一切不脫離發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種納米銅粉的制備方法，其特征在于采用電化學(xué)方法，其具體過(guò)程為第一步，電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程在自制的特殊電解槽內(nèi)，用金屬銅作為陽(yáng)極，導(dǎo)電材料作為陰極，電解液為有機(jī)醇，一般使用為對(duì)環(huán)境友好的酒精，加上比例為0.01% -100%的可溶于電解液的銨鹽為電解質(zhì)， 在電化學(xué)反應(yīng)中，銨鹽不參加化學(xué)反應(yīng)，陽(yáng)極銅與有機(jī)醇結(jié)合，生成銅和有機(jī)醇的壓穩(wěn)態(tài)物質(zhì)R-Cu，稱為納米銅的前驅(qū)體；第二步，還原熱處理將納米銅前驅(qū)體與有機(jī)醇或其它飽和烴以及非飽和烴液體按1 0.05-100的比例混合，將混合后的納米銅前驅(qū)體密封在高壓釜中進(jìn)行還原處理，還原溫度控制在150-300 攝氏度之間，在20-150大氣壓力下還原，還原時(shí)間控制在10-300分鐘之間，最佳時(shí)間為 120-180分鐘，及可得到納米銅粉；第三步，分離，干燥將還原后得到的納米銅粉和有機(jī)溶劑的混合物，通過(guò)工業(yè)離心機(jī)裝置將納米銅粉分離出來(lái)，再用工業(yè)酒精進(jìn)行清洗，就可以得到濕的納米銅粉，粉體干燥是把高速離心出來(lái)的納米銅粉放入真空干燥箱中，真空干燥箱內(nèi)的溫度設(shè)定在-5-400攝氏度之間，最佳的溫度為 50攝氏度，得到干燥的納米銅粉；第四步，產(chǎn)品包裝將干燥的納米銅粉在真空包裝機(jī)內(nèi)，按照一定的重量進(jìn)行真空包裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米銅粉的制備方法，其特征在于所述的導(dǎo)電材料是指可以作為電極的材料，如金屬鎳、銅、金、銀、玻璃碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米銅粉的制備方法，其特征在于所述的特殊電解槽為密封電解槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米銅粉的制備方法，其特征在于所述的閥體兩端設(shè)置有熱水管和冷水管，閥體的下端設(shè)置有出水管，在閥體上、出水管處設(shè)置有溫度傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種納米銅粉的制備方法，在自制的特殊電解槽內(nèi)，用金屬銅作為陽(yáng)極，導(dǎo)電材料作為陰極，電解液為有機(jī)醇，加上可溶于電解液的銨鹽為電解質(zhì)，銨鹽不參加化學(xué)反應(yīng)，陽(yáng)極銅與有機(jī)醇結(jié)合，生成納米銅的前驅(qū)體；將納米銅的前驅(qū)體與有機(jī)醇或其它飽和烴以及非飽和烴液體混合，將混合后的納米銅前驅(qū)體密封在高壓釜中進(jìn)行還原處理，及可得到納米銅粉；將還原后得到的納米銅粉和有機(jī)溶劑的混合物，通過(guò)工業(yè)離心機(jī)裝置將納米銅粉分離出來(lái)，再用工業(yè)酒精進(jìn)行清洗，就可以得到濕的納米銅粉，納米銅粉放入真空干燥箱中，處理后即可得到符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的納米銅粉。本發(fā)明反應(yīng)過(guò)程無(wú)污染、投資小、成本低、產(chǎn)品分散性好、分布均勻、可實(shí)現(xiàn)不同量的生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B22F9/20GK102586800SQ20111000944
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者李小毛 申請(qǐng)人:李小毛