电解铜粉氧化制备三元铜催化剂【开题报告】

毕业设计开题报告
应用化学
电解铜粉氧化制备三元铜催化剂
一、 选题的背景和意义
有机硅材料是一大类以 Si-O 键为主链，在 Si 原子上引入有机基团作为侧链的高分 子化合物，由于其具有半无机、半有机的结构，导致甲基氯硅烷的化学性质非常活泼， 综合深加工的潜力很大，尤其是水解、醇解及相关反应，因此具有很多优异的性能和特 殊的功能。有机硅单体是制造有机硅材料的基本原料，而其中通过直接合成法得到的二 甲基二氯硅烷占到有机硅单体总用量的 90%以上。二甲为实用价值最大的单体，由其制 得的八甲基环四硅氧烷系列有机硅工业最重要的中间体，用途极其广泛。概括起来，甲 基氯硅烷深加工主要有：硅橡胶，硅树脂，硅烷偶联剂和硅油等四大类产品。由于甲基 氯硅烷深加工产品具有耐气候变化、抗老化、电气绝缘性能好及生物相容性好和增水性 能强等优异性能，广泛应用于汽车制造，石油化工，橡胶工业，聚氨酯工业等众多行业， 甲基氯硅烷衍生产品被认为是通用有效和耐用工业材料。
除前述的四大类甲基氯硅烷的衍生物加工及应用内容外，纯有机硅共聚物及有机硅 与有机物的接枝，嵌段共聚物，是近年来着重发展的重要衍生物。该类衍生物是一类用 途很广的新材料。有机硅与聚碳酸酯，聚氨基甲酸酯，聚酰亚胺，聚甲基丙烯酸甲酯等 重要有机物的接枝，嵌段共聚物为富有前景的加工技术，在扩大应用上具有重要意义。
由于有机硅产品市场巨大，而有机硅单体又是整个有机硅产业发展的基础和瓶颈， 制备有机氯硅烷方法很多，但甲基氯硅烷的生产，国内外均采用在铜催化剂作用下，由 硅和氯甲烷直接合成，其优点是生产过程简单，原料价格低廉，可以连续地大量生产， 是工业上制备有机氯硅烷最成功的方法。直接法合成甲基氯硅烷，催化体系的好坏是提 高劳动生产率，降低成本的关键。因此发达国家一直竞相开展有机硅单体催化体系方面 的研究。有机硅单体合成过程的主催化剂主要分为 CuCl 和 Cu-CuO-Cu2O 两大类，同时 与不同助催化剂配合使用。我国工业生产中，一直使用六十年代初开发成功的氯化亚铜 —锌催化体系，该法对我国有机硅工业的发展作出了贡献。经过三十多年，使用该催化 体系得到的二甲基二氯硅烷含量、触体产率、硅和氯甲烷等原料的利用率等经济技术指

标均已大大落后于当前国外先进水平。此外，氯化亚铜生产过程中造成环境污染及贮存 的稳定性也不易解决。因此，开发新的一代高效铜催化剂，无疑对我国有机硅工业的发 展及缩小与世界先进水平的差距是十分必要的。
二、研究目标与主要内容（含论文提纲）
主要内容和目标 以 50µm 左右电解铜粉为原料，以空气作为氧化剂，采用程序氧化法将单质铜粉进 行部分氧化，制备出催化性能优异的铜-氧化亚铜-氧化铜三元复合铜（简称三元铜）催 化剂。实验主要通过调整氧化温度、反应时间、气体流速等因素，筛选出最佳配比的催 化剂，以确定最优氧化工艺条件。 1.实验方法 由于三元铜催化剂的广泛应用，近年来我国对氧化亚铜的研究也比较活跃，氧化亚 铜的制备方法大约可以分为如下三种：烧结法、电解法和湿法还原法。 1.1 烧结法 烧结法又称为干法，该方法是将固体铜粉与氧化铜粉末预先混合，再送入锻烧炉内 加热反应。其间发生如下反应： CuO+Cu=Cu2O 该法简便，而且制得的氧化亚铜粉末氧化程度较高，且条件易控制，适合工业生产。 1.2 电解法 用金属铜作阳极在含有铜离子的溶液中电解，可在阴极上得到纯度较高的氧化亚铜 粉末。在含有 NaOH 的 NaCl 碱性水溶液中电解金属 Cu 时，阴、阳极将分别发生如下 电极反应： 阳极：Cu+Cl-=(CuCl-) 阴极：2H2O+2e=H2+2OH电极总反应式：2Cu+H2O=H2+Cu2O 从电极反应机理看，氧化亚铜粉末是通过阳极铜溶解，发生水解沉淀反应而成的， 反应所需 OH-是由阴极区产生的 OH-通过扩散、迁移而得。从总反应式看，电解过程只 是阳极铜的溶解和水的消耗过程，没有其它副反应产生。用该法制备的 Cu2O 粉末呈红 色，分散性能好，适用于船底防污涂料。但此法电耗高、产量低，因而其发展受到一定 限制。
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1.3 湿化学还原法 近年来，由于湿化学还原法所得到的氧化亚铜粉末粒径小、纯度高、分散性能好。 越来越受重视，现在己摸索的制备方法根据还原剂的不同，可以分为亚硫酸盐、水合脱、 经胺、雕白粉、铜粉、锌粉、水热加氢还原法等几种，都是将溶液中的铜离子还原而得 到氧化亚铜。湿化学还原法制备氧化亚铜在国内目前仍然局限于实验室研究，转化为工 业生产的较少且制备出的氧化亚铜产品与国外产品相比存在性能不稳定杂质含量较高、 色相不稳定、原料利用率低、能耗相对较高等缺点。由于工艺条件的不同，得到的粒子 大小也不同，甚至组成也不同。即使是同种方法，得到的粒子大小也不同。所以在工业 生产上受到了很大的限制。 2.实验内容 以 50µm 左右电解铜粉为原料，以空气作为氧化剂，采用程序氧化法将单质铜粉进 行部分氧化，制备出催化性能优异的铜-氧化亚铜-氧化铜三元复合铜（简称三元铜）催 化剂。 由电解铜粉氧化氧化成氧化亚铜的主要氧化过程一般分两步：一是在较低温度下， 电解铜粉与氧气反应，在颗粒表层上生成氧化铜；二是铜与表面的氧化铜在较高温度下 反应，生产氧化亚铜的反应。 实验在建立铜粉程序氧化流化床反应装置的基础上。研究电解铜粉部分氧化后的裂 分性能。在氧化流化床反应装置中，以 50µm 左右电解铜粉为原料，以空气作为氧化剂， 通过程序氧化法使其部分氧化。利用铜与其氧化物的膨胀系数不同，使铜粉（部分氧化 后的铜粉）裂分为 0.1-10µm 颗粒。 （1）完成氧化温度因素对三元铜制备的影响，确定氧化温度 （2）完成反应时间因素对三元铜制备的影响，确定氧化时间 （3）完成气体流速因素对三元铜制备的影响，确定气体流速 3.实验结果分析 采用 GB/T-5121 对氧化产品的各组分进行分析。 采用气相色谱分析仪测试三元铜催化剂的催化效果，确定最佳的氧化条件。 采用 XRD 分析仪分析，用 CuKα（λ=1.5418Å）进行辐射，然后用 X 射线衍射仪对 辐射样品进行分析，以确定其晶体结构和晶粒尺寸。 采用扫描电子显微镜对样品的颗粒形貌进行观察。 4.实验结论
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