草酸銅制備的最佳工藝條件研究

王衛兵

(運城學院 應用化學系， 山西 運城 044000)

草酸銅，分子式CuC2O4，淺藍綠色固體粉末，有毒，不溶于乙酸、乙醇和水，可溶于氨水；主要用于高分子穩定劑、有機反應催化劑，還可用于磁感應材料、金屬或合金粉體材料、顏料等[1-2]；可用于陶瓷材料的制備、涂料、電子、農藥等方面，在處理含銅離子較多的污水中，可以通過制備草酸銅沉淀達到防止污染環境的作用[3]。草酸銅作為氧化銅的前驅物，在高溫條件下就可得到氧化銅，氧化銅在電子產品、制備銅鹽、玻璃和著色劑等領域應用廣泛，尤其是在多孔氧化銅吸附游離的重金屬離子方面需求較大[4]，因此研究草酸銅的生產工藝有著十分重要的意義。

1 試驗部分

1.1 制備原理

以草酸鈉和硫酸銅為原料制備草酸鈉的化學反應方程式：

Na2C2O4+CuSO4=CuC2O4↓+ Na2SO4

反應過程中生成的草酸銅難溶于水，生成沉淀，可以通過抽濾得到草酸銅。

1.2 原料與試驗儀器

原料：草酸鈉，分析純，天津華安化學試劑廠；硫酸銅，分析純，南京市瑞德化學品有限公司

試驗儀器：低溫恒溫槽，DC-2006，上海衡平技術研究所；集熱式恒溫磁力攪拌器，DF-101，義烏 市平天儀器有限公司；循環水式多用真空泵和布氏漏斗，SHZ-DIII， 杭州市黑樺儀器有限責任公司;101-1型恒溫干燥箱，上海市大維儀器廠。

1.3 試驗方案

為了研究主要影響因素對產品產率的影響，采用正交試驗設計法安排試驗，主要影響因素為：草酸鈉的濃度，硫酸銅的濃度，反應溫度，硫酸銅和草酸鈉的物質的量配比，試驗數據與試驗結果見表1。

草酸鈉的濃度(mol/L)： 0.5， 1.0， 1.5

硫酸銅的濃度(mol/L)： 1.0， 1.5， 2.0

反應溫度(℃)： 50， 60， 70

物質的量配比 ： 1∶1， 1.2∶1， 1.4∶1

表1 試驗數據及結果Table 1 experiment result and data

對表1的試驗數據進行處理與分析，得到了草酸銅生產的較好工藝條件：草酸鈉的濃度為0.5mol /L，硫酸銅的濃度1.5mol/L，反應溫度70℃，硫酸銅和草酸鈉物質的量配比1∶1，在以上基礎上通過單因素試驗進一步尋求提高產品產率的最佳工藝條件。

2 試驗結果與討論

2.1 草酸鈉的濃度對草酸銅產率的影響

固定硫酸銅和草酸鈉物質的量比1∶1，反應溫度70℃，硫酸銅的濃度1.5mol/L，研究草酸鈉的濃度對草酸銅產率的影響，試驗結果如圖1所示。

圖1 草酸鈉濃度對草酸銅產率的影響Fig.1 impact of concentration of sodium oxalate on production yield

從圖1可以看出: 草酸鈉濃度為0.87mol/L的時候產率最高達到81%。當草酸鈉的濃度在0.4～0.6mol/L之間，產率增加較快，在0.6～0.9mol/L之間草酸銅的產率增加緩慢，濃度在0.9～1.0mol/L之間草酸銅的產率開始減少，總體趨勢是先增加后減少。在0.4～0.6mol/L的時候，產品呈現淡藍綠色，其中摻雜少量的藍色物質(分析是硫酸銅在和草酸鈉反應中生成氫氧化銅雜質)，在草酸鈉的濃度為0.4～0.6mol/L由于草酸鈉的濃度較低不能完全將硫酸銅能夠完全反應，所以產率較低。在0.8mol/L的時候，產品呈現淡藍綠色，產品品質較好。在0.9～1.0mol/L的時候完全呈現淡藍綠色，產品粉質細膩，但產率不高，草酸鈉的濃度增大之后反應過程中的飽和度增加，成核速率增加，團聚速率減慢，導致產率降低，所以選擇草酸鈉的濃度為0.87mol/L。

2.2 硫酸銅和草酸鈉物質的量配比對草酸銅產率的影響

固定反應溫度70℃，硫酸銅的濃度1.5mol/L，草酸鈉的濃度為0.87mol/L，研究硫酸銅和草酸鈉物質的量配比的影響，試驗結果見圖2。

圖2 硫酸銅和草酸鈉物質的量比對草酸銅產率的影響Fig.2 impact of molar ratio on production yield

從圖2可知，當物質的量配比為1.2:1時，產率最高達到83.18%。圖中的大致趨勢是隨著硫酸銅和草酸鈉物質的量配比增大，草酸銅的產率是先升高后降低。物質的量配比為1∶1～1.2∶1區間時，由于反應的飽和度過小，生成的產物少導致產率及較低；在1.3∶1-1.4∶1區間時，由于飽和度過高，生成產物的穩定性不好所以產率較低，因此選擇硫酸銅和草酸鈉物質的量配比1.2∶1。

2.3 反應溫度對草酸銅產率的影響

固定硫酸銅的濃度1.5mol/L，草酸鈉的濃度為0.87mol/L，硫酸銅和草酸鈉物質的量配比1.2∶1。研究溫度對草酸銅產率的影響,試驗結果見圖3。

圖3 反應溫度對草酸銅產率的影響Fig.3 impact of reaction temperature on production yield

由圖3可知，當反應溫度為75℃草酸銅產率達到90.74%,圖中的大致趨勢是草酸銅產率隨著反應溫度升高先增大后減小。當溫度為50℃時產品上面有一層藍色氫氧化銅；當反應溫度60℃時產品上有一點藍色的雜質；當反應溫度70℃時產品呈現淺藍綠色；當溫度75℃時產品上沒有其他雜質；當反應溫度為80℃產品中不存在雜質是由于溫度較高反應速率較快產物可能會分解，導致產率降低。反應溫度在50～70℃由于溫度較低反應速率較慢有些反應物沒有參與反應，導致產率較低，因此選擇反應溫度為75℃。

2.4 硫酸銅濃度對草酸銅產率的影響

固定草酸鈉濃度0.87mol/L，硫酸銅和草酸鈉物質的量配比1.2∶1，反應溫度75℃。研究硫酸銅的濃度對草酸銅產率的影響，試驗結果見圖4。

圖4 硫酸銅的濃度對草酸銅產率的影響Fig.4 impact of the concentration of copper sulfate on production yield

由圖4可知，當硫酸銅濃度為1.0mol/L 時，產率達到92.88%。圖中可以看出硫酸銅濃度在0.8～1.0mol/L時，草酸銅的產率直線上升，在1.0～1.8mol /L草酸銅的產率直線下降。在0.8和1.0mol/L產品的顏色是淺藍綠色，狀態較為相近，產率相對較高。在1.0～1.8mol/L之間產品中又會摻雜少量藍色的氫氧化銅。是由于硫酸銅過量導致生成物少產率下降，溶液中多余的離子會結合生成氫氧化銅，因此選擇硫酸銅的濃度為1.0mol/L。

3 結論

通過正交實驗法和單因素試驗確得到了制備草酸銅的最佳的實驗條件為：草酸鈉的濃度0.87mol/L，硫酸銅和草酸鈉的物質的量比1.2∶1，反應溫度75℃，硫酸銅的濃度1.0mol/L，草酸銅的產率達到92.88%。