专利名称：一种碱式硝酸铜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种化学产品的制备方法，具体涉及一种碱式硝酸铜的制备方法。
背景技术：
碱式硝酸铜可以被广泛应用于烟火、推进剂、铜制品中间体以及制备安全气囊发生剂的氧化剂等众多领域，尤其是随着汽车工业的快速发展以及对安全气囊发生剂的安全性和稳定性提出的更高要求，碱式硝酸铜的市场需求缺口一直很大。目前市场上的碱式硝酸铜很多都只是硝酸铜与氢氧化铜的简单混合物，品质很不稳定。实际上还没有一种制备碱式硝酸铜的方法，能够生产出品质稳定的碱式硝酸铜，兼顾生产成本与生产效率，所以，开发出一种便于工业化生产、原料价格合理、有效提高生产效率、降低生产成本的碱式硝酸铜制备方法迫在眉睫。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种碱式硝酸铜的制备方法，采用较为廉价易得的原料，简化生产设备，便于工业化生产和操作，缩减工艺流程，引入催化剂有效提高了生产效率，进而降低了碱式硝酸铜的生产成本。此外，本发明的方法制备出的碱式硝酸铜产品质量好且品质稳定。为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(I)配制A溶液在第一反应器中配制包含Cu2+和N03_的A溶液；(2)配制B溶液在第二反应器中配制包含0H_的B溶液；(3)引入催化剂向A溶液或者B溶液中的至少一个中加入C，上述C溶于水或水溶液形成包含柠檬酸根离子的溶液；进行该步骤后，步骤(I)和步骤(2)中的A溶液和B溶液分别记作A’溶液和B’溶液；(4)制备中间产物将A’溶液和B’溶液同时流入第三反应器中，在水相中进行反应，控制第三反应器中反应液的pH值为3 10，制得中间产物；(5)转移中间产物将中间产物转移至第四反应器中，并且洗涤至洗涤液呈中性，然后进行初步除水处理，制得初步产物；(6)制备目标产物在第五反应器中对初步产物进行脱水处理，再将其转移至干燥处理器中，在30°C 180°C下进行干燥处理，制得目标产物碱式硝酸铜。前述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述步骤(4)中，通过调节A’溶液和B’溶液的流量控制第三反应器中反应液的pH值。前述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述A溶液直接由硝酸铜溶于水制得，或者由铜、氢氧化铜、碱式碳酸铜、氧化铜与硝酸反应制得。前述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述B溶液为可溶性氢氧化物溶于水形成的。
前述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述C为柠檬酸或可溶性柠檬酸盐。前述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述Cu2+与柠檬酸根离子的摩尔比为I 0. 01 0. 8。前述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述A溶液的波美度为5 55。前述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述步骤(4)中的反应温度为10°C 95°C。 前述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述B溶液中OH-的质量浓度为1% 30%。前述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述步骤(4)中的pH值为6 8。本发明的有益之处在于利用廉价易得的原料，并且在反应过程中引入了催化剂从而提高生产效率；同时简化生产设备，缩减工艺流程，更加有利于工业化生产和操作，进而减低了碱式硝酸铜的生产成本。此外，本发明的方法制备出的碱式硝酸铜产品质量好且品质稳定。
图I是本发明的一种碱式硝酸铜的制备方法示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。参见图1，本发明的一种碱式硝酸铜的制备方法包括以下几个步骤(I)、配制A溶液在第一反应器中配制包含Cu2+和N03_的A溶液；具体来说，A溶液可以直接由硝酸铜溶于水配制而成，也可以由铜、氢氧化铜、碱式碳酸铜、氧化铜等与硝酸反应制得。此处对A溶液的浓度没有特殊的要求，作为一种优选，A溶液的波美度为5 55。(2)配制B溶液在第二反应器中配制包含0H_的B溶液；一般情况下，B溶液是由可溶性氢氧化物，如氢氧化钾、氢氧化钠溶于水配制而成的。作为一种优选，B溶液中0H—的质量浓度为1% -30%。作为进一步的优选，0H—的质量浓度为10% -20%。(3)引入催化剂向A溶液或者B溶液中的至少一个中加入C，C溶于水或水溶液形成包含柠檬酸根离子(C6H5O73O的溶液；进行该步骤后，为了便于描述步骤(I)和步骤(2)中的A溶液和B溶液分别记作A’溶液和B’溶液。从上面的描述中我们可以看出，在反应中起催化剂作用的是柠檬酸根离子(C6H5O广)，可以加入A溶液或B溶液中，也可以同时加入A溶液和B溶液中。鉴于C溶于水或水溶液后应形成柠檬酸根离子，所以，C为柠檬酸或者可溶性柠檬酸盐，如柠檬酸钠、柠檬酸钾等。作为一种优选方案，Cu2+与柠檬酸根离子的摩尔比为I : 0. 01 0. 8。
(4)制备中间产物将A’溶液和B’溶液同时流入第三反应器中，在水相中进行反应，控制第三反应器中反应液的pH值为3 10，制得中间产物。本发明中所指水相是指水或者可溶性物质与水形成的溶液。前面我们已经说过，柠檬酸根离子起催化剂作用，实际生产表明，在其他条件相同的情况下，使用催化剂后可以将反应时间缩短三分之一以上。具体反应过程是=C6H5O广首先与铜离子反应生成螯合物[Cu3 (C6H5O7H3)4]2+，然后在0H_作用下生成氢氧化铜，生成的氢氧化铜在C6H5O广作用下与溶液中的硝酸铜反应生成碱式硝酸铜沉淀。具体的反应原理为Cu(NO3)2 +C6H5O13^ <~>[Cu3(C6H5O7H3]2+ + HNO3 [Cu3 (C6H5O7H3 ]2+ + HNO3 + OH <~>Cu(OH)2 +C6H5O7NO3
Cu(OH)2 + Cu(NO3)2 c^°7" >Cu(NO3)2 3Cu(OH)2因此，本发明中所说的中间产物实际上是指由碱式硝酸铜沉淀与反应液(即其他可溶性物质的水溶液)组成的固液混合物。该步骤是制备碱式硝酸铜的关键步骤，反应条件的控制对产品的质量、品质及稳定性有显著的影响。该步骤中反应温度没有严格的要求，最好控制在10°c 95°C。作为进一步的优选，反应过程中，第三反应器中反应液的pH值为6 8。本发明中对pH值的控制非常简便，只需要通过调整A’溶液和B’溶液的流量即可以控制第三反应器中反应液的PH值。具体来说，B’溶液中包含0H_，如果我们要控制反应液的PH值为6 8，一旦监测到反应液的pH值小于6，那么我们就通过减小A’溶液或增大B’溶液的流量，使pH值增大；反之，则增大A’溶液或减小B’溶液的流量，使pH值减小。为了有效监测pH值，可以通过pH试纸对反应液的pH值进行监测，当然，为了更加便于工业化生产，优选采用pH计对反应液进行连续的实时自动监测。(5)转移中间产物将中间产物转移至第四反应器中，并且洗涤至洗涤液呈中性，然后进行初步除水处理，制得初步产物。该步骤实际上是对上一步制备出的中间产物进行初步加工的过程，这里所说的初步产物是已经进行过洗涤并经初步除水处理的碱式硝酸铜。所以，作为一种优选，第四反应器为抽滤器，不但可以在抽滤器中对中间产物进行洗涤，洗涤是否达到要求则以洗涤液的情况来判断，一般情况下，当洗涤液呈中性或者基本呈中性时，表示已经洗涤达标。则进行下一个工序一抽滤，对中间产物进行初步除水处理，制得初步产物。(6)制备目标产物在第五反应器中对初步产物进行脱水处理，再将其转移至干燥处理器中，在30°C 180°C下进行干燥处理，制得目标产物碱式硝酸铜。该步骤是为了对初步产物进行进一步处理，以制备出稳定性好的目标产物碱式硝酸铜。至于具体的脱水和干燥处理时间并没有严格的要求，根据具体工艺情况而定。通过上述步骤，我们制得了碱式硝酸铜。但是，不同的工业领域对碱式硝酸铜往往有不同的要求，鉴于此，还可以对碱式硝酸铜进行粉碎或分筛，制得适用于不同的工业生产的工业型碱式硝酸铜。当然，对于不同工业需求，粉碎或分筛的具体工艺过程也是不尽相同的，此处不作赘述。实施例一(I)配制A溶液在第一反应器中配制一定量的波美度为5的硝酸铜溶液，待用；(2)配制B溶液在第二反应器中配制一定量的OIT质量浓度为I %的氢氧化物溶液，待用;(3)引入催化剂向A溶液中加入柠檬酸，使摩尔比Cu2+ C6H5O73-= I 0.01 ；A溶液和B溶液分别记作A’溶液和B’溶液； (4)向2000L的第三反应器中加入500L水，水温为10°C，然后使A’溶液和B，溶液同时、缓慢地流入第三反应器中，进行反应过程。反应过程中采用PH计实时地监测第三反应器中溶液的PH值并根据情况确定是否调整两种溶液的流量，使反应器中的pH值控制在3左右。连续反应一段时间后，关闭两种溶液，制得中间产物；(5)转移中间产物将中间产物转移至第四反应器中，并洗涤至洗涤液呈中性，然后进行初步除水处理，制得初步产物；(6)制备目标产物在第五反应器中对初步产物进行脱水处理，再将其转移至干燥处理器中，在30°C进行干燥处理，制得目标产物碱式硝酸铜。实施例二 (I)配制A溶液在第一反应器中配制一定量的波美度为10的硝酸铜溶液，待用；(2)配制B溶液在第二反应器中配制一定量的OF质量浓度为10%的氢氧化物溶液，待用；(3)引入催化剂向A溶液中加入柠檬酸钠，使摩尔比Cu2+ C6H5O7^ = I 0. 3 ；A溶液和B溶液分别记作A’溶液和B’溶液；(4)向2000L的第三反应器中加入500L水，水温为40°C，然后使A’溶液和B，溶液同时、缓慢地流入第三反应器中，进行反应过程。反应过程中采用PH计实时地监测第三反应器中溶液的PH值并根据情况确定是否调整两种溶液的流量，使反应器中的pH值控制在6左右。连续反应一段时间后，关闭两种溶液，制得中间产物；(5)转移中间产物将中间产物转移至第四反应器中，并洗涤至洗涤液呈中性，然后进行初步除水处理，制得初步产物；(6)制备目标产物在第五反应器中对初步产物进行脱水处理，再将其转移至干燥处理器中，在80°C下进行干燥处理，制得目标产物碱式硝酸铜。实施例三(I)配制A溶液在第一反应器中配制一定量的波美度为20的硝酸铜溶液，待用；(2)配制B溶液在第二反应器中配制一定量的0H_质量浓度为20%的氢氧化物溶液，待用；(3)引入催化剂向B溶液中加入柠檬酸，使摩尔比Cu2+ C6H5O73-= I 0. 6 ；A溶液和B溶液分别记作A’溶液和B’溶液；(4)向2000L的第三反应器中加入500L水，水温为70°C，然后使A’溶液和B，溶液同时、缓慢地流入第三反应器中，进行反应过程。反应过程中采用PH计实时地监测第三反应器中溶液的pH值并根据情况确定是否调整两种溶液的流量，使反应器中的pH值控制在8左右。连续反应一段时间后，关闭两种溶液，制得中间产物；(5)转移中间产物将中间产物转移至第四反应器中，并洗涤至洗涤液呈中性，然后进行初步除水处理，制得初步产物；(6)制备目标产物在第五反应器中对初步产物进行脱水处理，再将其转移至干燥处理器中，在100°C下进行干燥处理，制得目标产物碱式硝酸铜。实施例四 (I)配制A溶液在第一反应器中配制一定量的波美度为55的硝酸铜溶液，待用；(2)配制B溶液在第二反应器中配制一定量的0H_质量浓度为30%的氢氧化物溶液，待用；(3)引入催化剂向A溶液中加入柠檬酸钾，使摩尔比Cu2+ C6H5O7^ = I 0. 8 ；A溶液和B溶液分别记作A’溶液和B’溶液；(4)向2000L的第三反应器中加入500L水，水温为95°C，然后使A’溶液和B’溶液同时、缓慢地流入第三反应器中，进行反应过程。反应过程中采用PH计实时地监测第三反应器中溶液的pH值并根据情况确定是否调整两种溶液的流量，使反应器中的pH值控制在10左右。连续反应一段时间后，关闭两种溶液，制得中间产物；(5)转移中间产物将中间产物转移至第四反应器中，并洗涤至洗涤液呈中性，然后进行初步除水处理，制得初步产物；(6)制备目标产物在第五反应器中对初步产物进行脱水处理，再将其转移至干燥处理器中，在180°C进行干燥处理，制得目标产物碱式硝酸铜。我们对以上四个实施例制备出的样品进行了热分析(TGA)，记录其热分解开始和结束的温度，具体数值参见表I :
权利要求
1.一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)配制A溶液在第一反应器中配制包含Cu2+和N03_的A溶液； (2)配制B溶液在第二反应器中配制包含0H—的B溶液； (3)引入催化剂向A溶液或者B溶液中的至少一个中加入C，上述C溶于水或水溶液形成包含柠檬酸根离子的溶液；进行该步骤后，步骤(I)和步骤(2)中的A溶液和B溶液分别记作A’溶液和B’溶液； (4)制备中间产物将A’溶液和B’溶液同时流入第三反应器中，在水相中进行反应，控制第三反应器中反应液的pH值为3 10，制得中间产物； (5)转移中间产物将中间产物转移至第四反应器中，并且洗涤至洗涤液呈中性，然后进行初步除水处理，制得初步产物； (6)制备目标产物在第五反应器中对初步产物进行脱水处理，再将其转移至干燥处理器中，在30°C 180°C下进行干燥处理，制得目标产物碱式硝酸铜。
2.根据权利要求I所述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述步骤(4)中，通过调节A’溶液和B’溶液的流量控制第三反应器中反应液的pH值。
3.根据权利要求I所述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述A溶液直接由硝酸铜溶于水制得，或者由铜、氢氧化铜、碱式碳酸铜、氧化铜与硝酸反应制得。
4.根据权利要求I所述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述B溶液为可溶性氢氧化物溶于水形成的溶液。
5.根据权利要求I所述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述C为柠檬酸或可溶性柠檬酸盐。
6.根据权利要求I所述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述Cu2+与柠檬酸根离子的摩尔比为1:0. 0Γ0. 8。
7.根据权利要求3所述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述A溶液的波美度为5 55。
8.根据权利要求3所述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述步骤(4)中的反应温度为10°C 95°C。
9.根据权利要求I所述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述B溶液中OF的质量浓度为1°/Γ30%。
10.根据权利要求Γ9任一项所述的一种碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于，上述步骤(4)中的pH值为6 8。
全文摘要
本发明公开了一种碱式硝酸铜的制备方法，包括如下步骤配制包含Cu2+和NO3-的A溶液；配制包含OH-的B溶液；引入柠檬酸根离子催化剂制备中间产物；转移中间产物；制备目标产物碱式硝酸铜。有益之处在于利用廉价易得的原料，并且在反应过程中引入了催化剂从而提高生产效率；同时简化生产设备，缩减工艺流程，更加有利于工业化生产和操作，进而减低了碱式硝酸铜的生产成本。此外，本发明的方法制备出的碱式硝酸铜产品质量好且品质稳定。
文档编号C01G3/08GK102633290SQ20121008194
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者廖勇志 申请人:廖勇志