一种用于合成核壳结构银包铜粉体的系统及方法

1.本发明属于复合材料制备系统技术领域，特别涉及一种用于合成核壳结构银包铜粉体的系统及方法。


背景技术：

2.银包铜粉最重要的性能是导电性，与银粉相比有明显的价格优势，与铜粉相比有更好的导电性能、抗氧化性能及稳定性等。因此，银包铜粉应用主要是为了替代铜粉及银粉，将银包铜粉具体用于中低温电子浆料及部分高温电子浆料的导电填料，特殊用浆料，线路板的印刷，片式多层陶瓷电容器电极浆料等，应用范围广泛。
3.对于银包铜的合成方法，目前多采用化学还原法，且基于已经合成的铜粉进行银的包覆。但由于铜粉易被氧化，在包覆前需要对铜粉进行酸洗以除去表面的氧化层，之后在进行银的包覆，操作过程繁杂，反应时间较长且导电性能不理想。对于银包铜合成系统，目前暂无报道。现有的超临界水热合成纳米材料的实验系统只能合成单一的纳米材料，无法满足核壳结构银包铜的包覆需求。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于合成核壳结构银包铜粉体的系统及方法，以解决现有技术操作繁杂，反应时间长、包覆效果不理想的缺陷性问题。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明公开了一种用于合成核壳结构银包铜粉体的系统，由纳米铜核心制备模块和银包铜粉体制备模块组成；
7.所述纳米铜核心制备模块，包括纯水输送单元、纳米铜原料输送单元、冷却器、加热器、混合-反应器、降压器和气液分离器，纯水输送单元与冷却器的纯水入口相连，冷却器的纯水出口与加热器的入口相连，加热器的出口与混合-反应器的纯水入口相连，纳米铜原料输送单元与混合-反应器的原料入口相连，混合-反应器的出口与冷却器的反应物入口相连，冷却器的出口与降压器的入口相连，降压器的出口与气液分离器的入口相连，气液分离器的液相出口接入银包铜粉体制备模块；
8.所述银包铜粉体制备模块，包括包覆处理池和固液分离器，气液分离器的液相出口接入包覆处理池，在包覆处理池上还分别设有用于输送敏化活化剂的敏化活化剂储罐，用于输送分散剂的分散剂储罐，以及用于输送置换剂/还原剂的置换剂/还原剂储罐，固液分离器设置在包覆处理池底部。
9.优选地，所述纯水输送单元包括纯水储罐，在纯水储罐和冷却器相连的管路上还设有第一高压计量泵；所述纳米铜原料输送单元包括纳米铜原料储罐，在纳米铜原料储罐与混合-反应器相连的管路上还设有第二高压计量泵。
10.优选地，在气液分离器的气相出口处设有气体处理装置，用于对合成纳米铜粉体
反应所产生气体进行处理达标排放。
11.优选地，在包覆处理池底部还设有一条能够通入包埋处理池入口端的回路，用于对纳米铜核心产物反复包覆。
12.优选地，在包覆处理池内部设有用于混合反应物料的均质化装置，在包覆处理池外部设有用于加热内部反应物料的加热装置。
13.优选地，均质化装置采用搅拌器或超声波发生器；加热装置采用加热套或加热炉。
14.本发明公开的基于上述的用于合成核壳结构银包铜粉体的系统合成核壳结构银包铜粉体的方法，包括：
15.1)制备纳米铜核心
16.将纯水通过纯水输送单元输送至冷却器后通入混合-反应器中，将纳米铜原料通过纳米铜输送单元输送至混合-反应器中，纯水和纳米铜原料进行反应，反应产物依次经冷却器降温处理、经降压器降压处理，然后通过气液分离器，分离得到纳米铜粉体悬液，被送入包埋处理池中；
17.2)制备银包铜粉体
18.向包埋处理池中分别通入敏化活化剂、分散剂和置换剂/还原剂，纳米铜粉体悬液与敏化活化剂、分散剂和置换剂/还原剂加热反应20～60分钟，反应物料通过固液分离器分离，获得具有核壳结构的银包铜粉体。
19.优选地，将反应物料通过包埋处理池底部通往入口端的回路输送至包埋处理池进行重复包覆处理，满足银包覆层的厚度需求。
20.优选地，敏化活化剂为氯化亚锡溶液和氯化钯溶液中的一种或两种；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和十二烷基硫酸钠中的一种或几种。
21.优选地，置换剂采用硝酸银溶液和银氨溶液中的一种或两种；还原剂采用甲醛、水合肼、抗坏血酸、次磷酸钠和葡萄糖中的一种或几种。
22.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
23.本发明公开的用于合成核壳结构银包铜粉体的系统，由纳米铜核心制备模块和银包铜粉体制备模块组成，两个模块直接相连，制备得到纳米铜核心后直接连续对其进行银包覆，避免了纳米铜核心与空气接触而导致的氧化问题，纳米铜核心制备过程连续进行且制备过程中无需操作，参数稳定，确保产品批次稳定性，而银包铜粉体制备系统间歇式操作，生产能力可根据纳米铜核心制备系统生产能力而调节，操作简便且灵活，适用于工业化生产。与此同时，常温水通过冷却器后，一方面实现了混合-反应器中反应产物的降温，另一方面常温水吸收反应产物的热量，达到热量回收的效果，因而通过设置回热系统，利用超临界水热合成纳米铜反应余热加热纯水，降低了系统能耗。
24.进一步地，通过设置气液分离器及气体处理装置，实现对废气的分离及无害化处理，绿色无污染。
附图说明
25.图1是本发明公开的用于合成核壳结构银包铜粉体的系统结构示意图。
26.其中1为纯水储罐，2为纳米铜原料储罐，3为第一高压计量泵，4为第二高压计量泵，5为加热器，6为混合-反应器，7为冷却器，8为降压器，9为气液分离器，10为气体处理装
置，11为包覆处理池，12为敏化活化剂储罐，13为分散剂储罐，14为置换剂/还原剂储罐，15为固液分离器。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
28.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
29.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
30.参见图1，本发明公开的用于合成核壳结构银包铜粉体的系统，包括：纳米铜合成模块，用于合成银包铜粉体的纳米铜核心，包括纯水储罐1，纯水储罐1出口接第一高压计量泵3，第一高压计量泵3出口接冷却器7纯水入口，冷却器7纯水出口接加热器5出口，加热器5出口接混合-反应器6的纯水入口，还包括纳米铜原料储罐2，纳米铜原料储罐2出口接第二高压计量泵4，第二高压计量泵4出口接混合-反应器6的原料入口，混合-反应器6的出口接冷却器7的反应物入口，冷却器7的出口接降压器8，降压器8的出口接气液分离器9，气液分离器9的液相出口接包覆处理池11。
31.银包铜制备模块，用于在纳米铜核心基础上制备核壳结构银包铜粉体，包括敏化活化剂储罐12出口接包覆处理池11，分散剂储罐13出口接包覆处理池11，置换剂/还原剂储罐14出口接包覆处理池11，包覆处理池11出口接固液分离器15。
32.所述气液分离器9的气相出口接气体处理装置10，用于对合成纳米铜粉体反应所产生气体进行处理达标排放。
33.所述包覆处理池11出口设置一条连接包覆处理池11入口的回路，用于反复包覆，反复包覆处理的次数根据所需要的银包覆层的厚度来决定。
34.所述包覆处理池11内部设置搅拌器、超声波发生器等均质化装置的任意一种或多种，外部设置加热装置，用于加热内部物料，加热装置可以是加热套、加热炉等加热装置。
35.基于上述公开的合成核壳结构银包铜粉体系统，本发明提供制备银包铜粉体的方法如下：
36.1)制备纳米铜核心，纯水经由冷却器7与加热器5的两级加热，在混合-反应器6内与纳米铜原料混合反应，反应完成后经由冷却器7的降温与降压器8的降压，以及气液分离器9的分离，得到纳米铜粉体悬液，并排入包覆处理池11；
37.2)制备银包铜粉体，流体强烈振动条件下，依次地，由敏化活化剂储罐12向包覆处
理池11中加入敏化活化剂，由分散剂储罐13向包覆处理池11中加入分散剂，由置换剂/还原剂储罐14向包覆处理池11中加入置换剂/还原剂，并加热，反应一段时间。
38.优选地，为了控制银包覆层的厚度与效果，可控制包覆处理池11出口回路，进行多次包覆。
39.优选地，所述敏化活化剂为氯化亚锡溶液、氯化钯溶液等的任意一种或多种。
40.优选地，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和十二烷基硫酸钠等的任意一种或多种。
41.优选地，可以用直接置换法和化学还原法合成银包铜。所述置换剂为硝酸银溶液和银氨溶液中的任意一种或多种；所述还原剂为甲醛、水合肼、抗坏血酸、次磷酸钠及葡萄糖中的任意一种或多种。
42.下面以实施例对合成核壳结构银包铜粉体系统进行说明：
43.对于纳米铜的制备，包括纯水储罐1，纳米铜原料储罐2，两台高压计量泵3、4，加热器5，混合-反应器6，冷却器7，降压器8，气液分离器9及气体处理装置10。纯水经高压计量泵3进入系统后经过冷却器进行预热，实现热量循环，降低系统能耗。原料储罐中的前驱物为硫酸铜、甲酸铜及硝酸铜中的一种。加热至所需温度的纯水与纳米铜原料在混合-反应器中充分混合并发生反应，之后经降压器进入气液分离器，对实验产生废气进行处理，达标后排放，得到的液体即为纳米铜悬液。对于银包铜的制备，直接向纳米铜悬液中加入敏化剂活化剂对其进行敏化活化，防止纳米铜接触空气并被氧化。所述敏化剂活化剂为氯化亚锡溶液和氯化钯溶液。分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。可用化学还原法合成银包铜。所述置换剂为硝酸银溶液和银氨溶液中的至少一种，所述还原剂可用葡萄糖。对于得到的银包铜悬液可以进行多次包覆，以达到预期的包覆效果，满足不同的使用需求。
44.综上，本发明公开了一种用于合成核壳结构银包铜粉体的系统及方法，通过分别设置的纳米铜核心制备系统及银包铜粉体制备系统直接连接，在制备高品质银包铜粉体的过程中避免了纳米铜核心与空气接触所导致的氧化；纳米铜核心制备过程连续进行且制备过程中无需操作，参数稳定，确保产品批次稳定性，银包铜粉体制备系统间歇式操作，生产能力可根据纳米铜核心制备系统生产能力而调节，操作简便且灵活，适用于工业化生产。通过设置回热系统，利用超临界水热合成纳米铜反应余热加热纯水，降低了系统能耗；通过设置气液分离器及气体处理装置，实现对废气的分离及无害化处理，绿色无污染。
45.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。