Nano particulas de cobre
Enviado por Raul Torres • 1 de Septiembre de 2015 • Ensayos • 1.718 Palabras (7 Páginas) • 560 Visitas
Obtención de Nanopartículas metálicas mediante reducción con Glicerol
Reacción Química: Stoich.Cu: | 65.14% | Cu content: | 60% | Ratio: | 92.11% |
Cu(OH)2+ | C3H8O3= | Cu°+ | C3H6O3+ | 2H2O | |
97.54 | 92.00 | 63.54 | 90.00 | 36.00 | |
85.00 | 80.17 | 55.37 | 78.43 | 31.37 | |
Actual: | 78.29 | 73.84 | 51.00 | 72.24 | 28.90 |
Ejemplo: Para obtener cerca de 50 gramos de nanocobre usamos 85 gramos hidróxido de cobre grado técnico (Contenido de cobre=60%).:
1.Dispersar 85 gramos de hidróxido de cobre en 300 ml. de glycerol (glicerina, propanotriol) luego calentamos la mezcla hasta el punto de ebullición del glicerol (292°C), como se muestra en las imágenes que siguen:
Nota: Al inicio la temperatura no alcanzará la temperatura de ebullición del glicerol, sino la temperatura de ebullición del agua, 100°C, mientras se evapore toda el agua generada por la reacción.
[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4][pic 5]
Cuando termina la reacción (cambio de color del agua madre a color “miel de Maple (Arce)”, ella forma una solución de ácido láctico, la cual se descarta dejando cobre metálico en forma de esponja , el cual es luego lavado con etanol (alcohol).
[pic 6][pic 7][pic 8]
Luego, con el fin de obtener nanopartículas dispersas de cobre, el etanol es reemplazado con di- etilen glicol, siendo dispersado primero mecánicamente y, luego, haciendo uso de la dispersión por ultrasonido
[pic 9]
Imágenes TEM: De izquierda a derecha: escalas: 50 nm, 20 nm, 1 nm. Las nanopartículas tienen un diámetro de 5 a 10 nanometros.[pic 10][pic 11]
El mismo procedimiento es usado para obtener otras nanopartículas metálicas, partiendo siempre de un hidróxido o carbonato metálico y haciéndolo reaccionar con glicerola la temperatura final de ebullición de éste. Durante la primera fase de la reacción lo que tiene lugar es la deshidratación del hidróxido a vapor de agua ó, en el caso de los carbonatos, la descomposición de éstos con evolución de CO2.
En la práctica industrial no sera necesario alcanzar la etapa de formación de una esponja, ya que las
nanopartículas suspendidas pueden ser separadas mediante filtración ad-hoc.
[pic 12]
Esponja de Nano-Cobre Esponja de nano-cobre vista por el TEM[pic 13]
[pic 14]
Ultranano amoniacal[pic 15][pic 16]
Cu(OH)2+ 4NH4HCO3= Cu(NH3)4.CO3+ 5H2O+ 3CO2
97.54 316.00 191.54 90.00 132.00[pic 17]
154.00 498.91 302.41 142.10 208.41
Cu(OH)2 60%Cu°: 167.19 500.00
balance: 283.54 283.54 Lactato de amonio
Cu(NH3)4.CO3+ | C3H8O3= | Cu°+ | NH4C3H5O3+ | 3NH3+ | CO2+ H2O |
191.54 | 92.00 | 63.54 | 107.00 | 51.00 | 44.00 18.00 |
302.41 | 145.25 | 100.32 | 168.94 | 80.52 | 69.47 |
Para 100 kilos de Nanopartículas de Cobre
En un reactor de 1,000 litros de capacidad, más ancho que alto (para permitir una mayor área de salida de gases), se mezclan 168 kilos de hidróxido de cobre técnico con 500 kilos de bicarbonato de amonio en cristales en 500 litros o más de glicerol (glicerina), formando una pulpa homogénea.
Se calienta a la temperatura de ebullición del glicerol (290°C). El color de la mezcla variará de celeste (hidróxido) a azul (tetraamina),con formación de abundantes espumas (por la emisión de gases CO2), luego a pardo y a rojo, mientras el cobre se reduce y la solución para a un color caramelo. El cobre en este caso permanece finamente disperso.
Se lava por decantación, cambiando el glicerol con etanol, varias veces hasta tener una solución traslúcida. Por último, reemplazar el etanol por di-etilen o polietilenglicol, en el cual se redispersa el nanocobre, primero mecánicamente y por último mediante ultrasonido.
Nota 1: Como se ve en la 3ª.imagen, arriba derecha, esta reacción sirve para la deposición a baja temperatura (290°C en vez de 1,090°C) del cobre formando una capa continua igual al cobre electrodepositado, incluso sobre vidrio.
Para obtener una pasta a ser aplicada con este fin, la reacción se efectúa hasta que alcance el color azul
tetraamina, después de haber perdido todo el CO2, punto en el cual se la enfría adicionando glicerina. En su uso final se aplica uniformemente sobre la superficie y esta se calienta a la temperatura de evaporación del glicerol, sea en atmósfera inerte o no (en este último caso parte del cobre depositado se oxidará a CuO, del cual puede ser reducido a Cu nuevamente mediante la inmersión en glicerol hirviente.
Nota 2: En la última fase, los vapores que se emiten están compuestos de Lactato de Amonio, compuesto orgánico no tóxico el cual se usa en el tratamiento de la piel:
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