表面活性劑對堿式碳酸銅制備的影響

1 堿式碳酸銅概述

堿式碳酸銅的化學(xué)式是Cu2（OH）2CO3，相對密度為3.8525，分子量是221.12，呈粉末狀綠色晶體，將其加熱到220℃的時候會分解。堿式碳酸銅不溶于乙醇和水，在溶于酸的時候會產(chǎn)生銅鹽，銅鹽物質(zhì)溶于堿金屬碳酸鹽、氰化物、銨鹽以及氨水的水溶液當(dāng)中，產(chǎn)生銅相應(yīng)配合物。堿式碳酸銅若加熱于強(qiáng)堿溶液當(dāng)中，或者在水中煮沸，會有褐色氧化銅生成。堿式碳酸銅能夠和硫化氫產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并有硫化銅生成。孔雀石是堿式碳酸銅在自然界當(dāng)中重要的存在形式。

2 實驗研究表面活性劑對堿式碳酸銅制備的影響

2.1 實驗試劑與儀器

為了研究表面活性劑對堿式碳酸銅制備產(chǎn)生的影響，本文通過具體實驗進(jìn)行科學(xué)分析。實驗試劑有聚乙烯醇、無水碳酸鈉、無水硫酸銅、聚乙二醇200、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000和OP-80、CMC，所有試劑都是分析純。實驗儀器包括了電子分析天平、恒溫電熱鼓風(fēng)干燥箱、電子顯微鏡、紅外光譜儀以及磁力攪拌器等。

2.2 實驗方法

無水碳酸鈉和無水硫酸銅分別進(jìn)行溶解，實現(xiàn)0.5mol/L溶液配制，將OP-80、CMC、聚乙烯醇、聚乙二醇所有表面活性劑都分別進(jìn)行溶解，各實現(xiàn)0.05mol/L溶液配制。碳酸鈉和硫酸銅按照1.2：1的物質(zhì)量進(jìn)行溶液攪拌，獲得混合液，之后在混合液中滴入表面活性劑，進(jìn)一步實現(xiàn)均勻攪拌。然后，在溫度為75℃的水浴鍋當(dāng)中放入混合溶液，并不斷進(jìn)行15分鐘的均勻攪拌，保證物質(zhì)完全反應(yīng)。之后對樣品進(jìn)行靜置處理，等到樣品完全沉淀后，進(jìn)行抽濾和烘干處理，得到堿式碳酸銅制備樣品。最后，分別通過TG-DSC、XRD、SEM、IR對樣品的性能、粒度、結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行測試。

2.3 實驗結(jié)果與討論

2.3.1 對生成速度產(chǎn)生的影響

在堿式碳酸銅制備過程中，添加不同的表面活性劑所得到的產(chǎn)物顏色與生成速度可見表1。根據(jù)表1當(dāng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，可見所知產(chǎn)物都是草綠色，代表均成功制得堿式碳酸銅。在沒有添加表面活性劑的制備中，產(chǎn)物生成速度最慢，其他有添加表面活性劑的相關(guān)制備都加快了生成速度，添加PVA獲得最快的生成速度。制備堿式碳酸銅過程中添加表面活性劑，加快了反應(yīng)速度，主要是因為表面活性劑相應(yīng)親水基團(tuán)在和溶液當(dāng)中離子發(fā)生作用后，吸附于表面活性劑表層，并按照一定順序?qū)崿F(xiàn)了有序排列，使溶液中大量減少了游離離子，有效促進(jìn)水解速度加快。在表面活性劑自身吸附作用下，使固液表面張力有所下降，促使離子逐漸由液相向固相表面擴(kuò)散，進(jìn)一步加快了產(chǎn)物晶體實際生成速度。

表1 不同表面活性劑對樣品生成速度與顏色產(chǎn)生的影響

2.3.2 對產(chǎn)物組成產(chǎn)生的影響

堿式碳酸銅在制備過程中，分別添加不同的表面活性劑，逐個分析其相應(yīng)FT-IR譜圖，可以發(fā)現(xiàn)所有特征吸收峰都與堿式碳酸銅相符，證明所有化學(xué)反應(yīng)得出的反應(yīng)產(chǎn)物都屬于堿式碳酸銅。對添加表面活性劑的制備樣品和未添加表面活性劑的制備樣品進(jìn)行XR D譜圖對比，發(fā)現(xiàn)兩圖XRD衍射峰強(qiáng)度以及具體位置都符合堿式碳酸銅相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)卡片，代表兩堿式碳酸銅產(chǎn)物都為純相。結(jié)合IR和X RD分析結(jié)果，證明制備過程中有無表面活性劑添加，都不會影響產(chǎn)物組成。

2.3.3 對微觀形貌產(chǎn)生的影響

結(jié)合實驗中加入不同表面活性劑制備的堿式碳酸銅相應(yīng)SEM照片（圖1）進(jìn)行分析，可發(fā)現(xiàn)圖a在沒有添加表面活性劑的制備中，獲得接近球形花束狀的薄片晶體，樣品是1μm×3μm；圖b、c、d在加入了不同類型的表面活性劑之后，都獲得了球形形貌的樣品。b樣品為直徑在2-6μm的刺球狀。c樣品為準(zhǔn)球狀，直徑在5-15μm，且表面由多邊形、長方形或者正方形組成。d樣品為直徑在1-20μm的表面光滑且密實的球形。因為表面活性劑類型不同，相應(yīng)的溶液當(dāng)中的親水基團(tuán)數(shù)量、性質(zhì)以及高分子鏈濃度、長度也都有所差異，導(dǎo)致對球形內(nèi)核分子之間以及大小作用力都所有不同，進(jìn)而獲得形貌不同的球形產(chǎn)物。

圖1 加入不同表面活性劑制備的堿式碳酸銅相應(yīng)SEM照片

2.3.4 對熱力學(xué)特征產(chǎn)生的影響

制備堿式碳酸銅過程中，添加PVA獲得毛刺球形樣品，這樣的表面結(jié)構(gòu)導(dǎo)致產(chǎn)物含水量相對較高，并且會快速擴(kuò)散和傳熱，在失重之初溫度最低，此時會大量損失質(zhì)量。加入聚乙二醇4000獲得的樣品，在失重之初溫度最高，此時不會過多損失質(zhì)量。沒有添加表面活性劑所制備樣品具體分解溫度是300℃，添加CMC、PVA和聚乙二醇4000所制備的樣品具體分解溫度分別是295、265和320℃。由此可見，添加PVA所制備的樣品因為是刺球狀，所以其分解溫度下降了35℃；加入聚乙二醇4000制備樣品由于球面有大量板塊結(jié)構(gòu)，所以分解溫度提升了20℃；而加入CMC所制備樣品與無表面活性劑添加的樣品兩者具有相近的熱穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

堿式碳酸銅在固體熒光粉激活劑、煙火、油漆、殺蟲劑、顏料以及其他銅鹽等制作過程中有著廣泛應(yīng)用，同時還可應(yīng)用于殺菌劑和種子處理等當(dāng)中。為了更高效的制備與應(yīng)用堿式碳酸銅，有必要深入探究表面活性劑對堿式碳酸銅制備產(chǎn)生的具體影響，以此在實際制備過程中科學(xué)運(yùn)用表面活性劑，充分提升堿式碳酸銅性能和應(yīng)用優(yōu)勢。