| 氯化亚铜抗氧化研究 |
氯化亚铜是一种重要的化工产品,在氯衍生物产品中占有较突出位置,在有机合成工业中可做催化剂,如生产丙烯晴,一氯丁二烯,乙二烯基乙炔等,也与二胺配制成二苯醚聚合催化剂。石油化学工业中用做脱硫剂[1]、脱离剂及脱色剂,油脂化工中用做催化剂和还原剂,尤其以催化剂较为著称。氯化亚铜还可用于冶金工业,电镀工业,医药工业和农药杀菌剂工业。氯化亚铜在橡胶工业用做催化剂,在有机硅工业中做甲基氯化硅烷混合物单体合成的催化剂是氯化亚铜最重要的用途。
目前,氯化亚铜的生产方法主要有铜丝空气氧化法、硫酸铜法、铜灰盐酸法、废铜或电解铜熔融氯化法以及氨浸法等化学方法。但是由于氯化亚铜在室温下很容易氧化变色,导致产品失效。多年来,氯化亚铜的抗氧化处理是氯化亚铜工业生产的关键问题,一直受到人们的关注。基于氯化亚铜的氧化主要原因在于工业生产中的氯化亚铜晶体结构不完整和新生成的氯化亚铜产品表面活性较高,为此,笔者采用结晶和表面包覆处理的方法对氯化亚铜进行抗氧化处理,以提高其抗氧化性。
1 实验部分 1.1 主要原料及设备主要原料:亚硫酸钠(试剂级)、氢氧化钠(试剂级)、氯化钠(试剂级)、硫酸铜(试剂级)、磷酸三丁酯(工业级)。
主要实验设备:恒温水浴器、滴定管、烧杯等。
1.2 实验方法及流程实验中,首先用氯化钠作为沉淀剂亚硫酸钠作为还原剂还原硫酸铜溶液。将得到的还原溶液通过结晶的方法使氯化亚铜晶体更加完整。最后将氯化亚铜晶体和酒精混合再加入磷酸三丁酯进行包覆处理,然后过滤,真空干燥,其实验流程见图 1。
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| 图 1 实验流程图 |
1.3 实验检测方法
经结晶处理或包覆处理的氯化亚铜,真空干燥以后,放人鼓风干燥箱内,保温30 min取出,观察氯化亚铜的颜色是否变化。结果分为4级:
A:颜色不变;
B:颜色基本不变;
C:颜色轻微变绿;
D:颜色变深绿。
2 结果与讨论 2.1 结晶温度和时间对氯化亚铜抗氧化的影响通过改变结晶时间和结晶温度,考察两者对氯化亚铜抗氧化效果的影响,实验条件及结果见表 1。
| 表 1 结晶温度和时间对氯化亚铜抗氧化的影响 |
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由表 1可见,随着结晶温度升高,氯化亚铜抗氧化效果先增加后减少,随着结晶时间的增加,抗氧化效果增强。
从理论上分析,增加结晶温度有利于晶体结晶形成更加完整的晶体结构,增强晶体的抗氧化性,但是结晶温度不能太高,否则会破坏晶体的结构。另外从理论上分析,结晶时间的增加对结晶有利,主要原因在于形成完整有序的晶体结构需要时间。但是如果结晶时间远远超过了形成完整晶体的时间,抗氧化效果反而减小。这是由于在结晶过程中增加了氯化亚铜与空气接触的时间,所以选用结晶温度为60℃的条件下,结晶时间为4h较为合理。
2.2 包覆处理对氯化亚铜抗氧化的影响 2.2.1 包覆处理温度对氯化亚铜抗氧化的影响将氯化亚铜、酒精和磷酸三丁酯三者在不同的温度下混合均匀,然后过滤,真空干燥,产品分析检测,实验结果见表 2所示。
| 表 2 包覆处理温度对氯化亚铜抗氧化的影响 |
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由表 2可见,氯化亚铜抗氧化效果,随着包覆温度的增加先增加后减少,在温度为40℃时达到最佳效果。笔者认为采用在40℃条件下较为合理。
基于上述实验出现的现象,主要原因在于在室温下,磷酸三丁酯在酒精中的溶解度很小,但是随着温度的增加磷酸三丁酯在酒精中的溶解度增加[2],从而包覆效果增加,但是温度进一步提高,抗氧化效果反而减少,主要原因在于酒精和有机物磷酸三丁酯的挥发作用。
2.2.2 包覆处理量对抗氧化效果的影响实验中发现包覆处理量对抗氧化效果也有影响,处理剂量太少,则不能在所有氯化亚铜表面形成连续的保护膜,达不到保护的作用;处理剂太多,经包覆处理的铜粉自然晾干后易结团、结块,光泽也会受到一定影响。
在上述条件的基础上,通过改变包覆处理量,考察对抗氧化性的影响,实验结果见表 3所示。
| 表 3 包覆处理量对氯化亚铜抗氧化的影响 |
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由表 3可见,当包覆处理量大于6%时,起到了很好的抗氧化效果,但是当包覆处理量达到8%时,出现氯化亚铜成团现象,这对于用于作为催化剂的产品而言,肯定是不行的。综合考虑认为包覆处理量为6%较为合理。
2.2.3 包覆处理时间对抗氧化效果的影响通过改变包覆处理时间,考察对抗氧化性的影响,实验结果见表 4。
| 表 4 包覆处理时间对氯化亚铜抗氧化的影响 |
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由表 4可见,随着包覆处理时间的增加,处理效果增加,在处理时间为2h由于时间太短,还没有及时包覆,所以效果较差,随着时间的延长将有足够的时间满足包覆的需要,所以效果更好,但是时间太长将会使包覆生产效率太低,综合考虑选择包覆处理时间为4h较为合理。
3 结论本实验分析了氯化亚铜氧化机理及原因,采用结晶和包覆相结合的方法,解决了氯化亚铜抗氧化的关键技术,可以制备在表面包覆均匀膜的具有完整晶体的氯化亚铜产品。其较佳工艺条件为:在60℃条件下结晶4h然后将结晶后的氯化亚铜加入适量的酒精和质量分数为6%的磷酸三丁酯包覆处理剂,在温度为40℃的条件下包覆处理4h。
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王沛喜, 刘积灵, 张玉坤. 氯化亚铜制备技术进展与用途[J].
中国氯碱, 2002, 11: 17–19.
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王箴.
化工辞典[M]. 北京: 化学工业出版杜, 1993.
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2005, Vol. 19

