王衛(wèi)兵

(運城學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系， 山西 運城 044000)

草酸銅，分子式CuC2O4，淺藍(lán)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(wěn)定劑、有機(jī)反應(yīng)催化劑，還可用于磁感應(yīng)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(nóng)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(dá)到防止污染環(huán)境的作用[3]。草酸銅作為氧化銅的前驅(qū)物，在高溫條件下就可得到氧化銅，氧化銅在電子產(chǎn)品、制備銅鹽、玻璃和著色劑等領(lǐng)域應(yīng)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(chǎn)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(xué)反應(yīng)方程式：

Na2C2O4+CuSO4=CuC2O4↓+ Na2SO4

反應(yīng)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(xué)試劑廠；硫酸銅，分析純，南京市瑞德化學(xué)品有限公司

試驗儀器：低溫恒溫槽，DC-2006，上海衡平技術(shù)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(huán)水式多用真空泵和布氏漏斗，SHZ-DIII， 杭州市黑樺儀器有限責(zé)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(chǎn)品產(chǎn)率的影響，采用正交試驗設(shè)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(yīng)溫度，硫酸銅和草酸鈉的物質(zhì)的量配比，試驗數(shù)據(jù)與試驗結(jié)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(yīng)溫度(℃)： 50， 60， 70

物質(zhì)的量配比 ： 1∶1， 1.2∶1， 1.4∶1

表1 試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果Table 1 experiment result and data

對表1的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，得到了草酸銅生產(chǎn)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(yīng)溫度70℃，硫酸銅和草酸鈉物質(zhì)的量配比1∶1，在以上基礎(chǔ)上通過單因素試驗進(jìn)一步尋求提高產(chǎn)品產(chǎn)率的最佳工藝條件。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 草酸鈉的濃度對草酸銅產(chǎn)率的影響

固定硫酸銅和草酸鈉物質(zhì)的量比1∶1，反應(yīng)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(chǎn)率的影響，試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 草酸鈉濃度對草酸銅產(chǎn)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(chǎn)率最高達(dá)到81%。當(dāng)草酸鈉的濃度在0.4～0.6mol/L之間，產(chǎn)率增加較快，在0.6～0.9mol/L之間草酸銅的產(chǎn)率增加緩慢，濃度在0.9～1.0mol/L之間草酸銅的產(chǎn)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(chǎn)品呈現(xiàn)淡藍(lán)綠色，其中摻雜少量的藍(lán)色物質(zhì)(分析是硫酸銅在和草酸鈉反應(yīng)中生成氫氧化銅雜質(zhì))，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(yīng)，所以產(chǎn)率較低。在0.8mol/L的時候，產(chǎn)品呈現(xiàn)淡藍(lán)綠色，產(chǎn)品品質(zhì)較好。在0.9～1.0mol/L的時候完全呈現(xiàn)淡藍(lán)綠色，產(chǎn)品粉質(zhì)細(xì)膩，但產(chǎn)率不高，草酸鈉的濃度增大之后反應(yīng)過程中的飽和度增加，成核速率增加，團(tuán)聚速率減慢，導(dǎo)致產(chǎn)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(zhì)的量配比對草酸銅產(chǎn)率的影響

固定反應(yīng)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(zhì)的量配比的影響，試驗結(jié)果見圖2。

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

從圖2可知，當(dāng)物質(zhì)的量配比為1.2:1時，產(chǎn)率最高達(dá)到83.18%。圖中的大致趨勢是隨著硫酸銅和草酸鈉物質(zhì)的量配比增大，草酸銅的產(chǎn)率是先升高后降低。物質(zhì)的量配比為1∶1～1.2∶1區(qū)間時，由于反應(yīng)的飽和度過小，生成的產(chǎn)物少導(dǎo)致產(chǎn)率及較低；在1.3∶1-1.4∶1區(qū)間時，由于飽和度過高，生成產(chǎn)物的穩(wěn)定性不好所以產(chǎn)率較低，因此選擇硫酸銅和草酸鈉物質(zhì)的量配比1.2∶1。

2.3 反應(yīng)溫度對草酸銅產(chǎn)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(zhì)的量配比1.2∶1。研究溫度對草酸銅產(chǎn)率的影響,試驗結(jié)果見圖3。

圖3 反應(yīng)溫度對草酸銅產(chǎn)率的影響Fig.3 impact of reaction temperature on production yield

由圖3可知，當(dāng)反應(yīng)溫度為75℃草酸銅產(chǎn)率達(dá)到90.74%,圖中的大致趨勢是草酸銅產(chǎn)率隨著反應(yīng)溫度升高先增大后減小。當(dāng)溫度為50℃時產(chǎn)品上面有一層藍(lán)色氫氧化銅；當(dāng)反應(yīng)溫度60℃時產(chǎn)品上有一點藍(lán)色的雜質(zhì)；當(dāng)反應(yīng)溫度70℃時產(chǎn)品呈現(xiàn)淺藍(lán)綠色；當(dāng)溫度75℃時產(chǎn)品上沒有其他雜質(zhì)；當(dāng)反應(yīng)溫度為80℃產(chǎn)品中不存在雜質(zhì)是由于溫度較高反應(yīng)速率較快產(chǎn)物可能會分解，導(dǎo)致產(chǎn)率降低。反應(yīng)溫度在50～70℃由于溫度較低反應(yīng)速率較慢有些反應(yīng)物沒有參與反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)率較低，因此選擇反應(yīng)溫度為75℃。

2.4 硫酸銅濃度對草酸銅產(chǎn)率的影響

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

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

由圖4可知，當(dāng)硫酸銅濃度為1.0mol/L 時，產(chǎn)率達(dá)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(chǎn)率直線上升，在1.0～1.8mol /L草酸銅的產(chǎn)率直線下降。在0.8和1.0mol/L產(chǎn)品的顏色是淺藍(lán)綠色，狀態(tài)較為相近，產(chǎn)率相對較高。在1.0～1.8mol/L之間產(chǎn)品中又會摻雜少量藍(lán)色的氫氧化銅。是由于硫酸銅過量導(dǎo)致生成物少產(chǎn)率下降，溶液中多余的離子會結(jié)合生成氫氧化銅，因此選擇硫酸銅的濃度為1.0mol/L。

3 結(jié)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(zhì)的量比1.2∶1，反應(yīng)溫度75℃，硫酸銅的濃度1.0mol/L，草酸銅的產(chǎn)率達(dá)到92.88%。