废电路板热解渣氧化制备活性炭及表征分析研究

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废电路板(简称PCB)的回收是一个相当复杂的过程。目前,国内外主要着重于对贵重金属回收的研究,但是关于非金属材料无害化和资源化的研究相对较少。从PCB的组成能够看出,树脂塑料等高分子材料占废PCB重量的30%左右,加上与树脂粘结在一起的玻璃纤维等增强材料,其重量达到电路板总重量60%以上。电路板的增强材料主要是玻璃纤维布,因此具有很高的回收利用价值。本研究利用微波在热解方面的优越性,根据活性炭的制备方法,在低真空条件下微波辐照热解废电路板,对热解后的热解渣用硝酸氧化改性制备活性炭,并对热解渣和活性炭进行表征分析和预测活性炭的应用,为废电路板非金属材料的资源化利用提供理论基础。微波真空辐照热解废电路板,热解渣用硝酸氧化改性制备活性炭,考察微波辐照时间、微波功率、电路板粒度大小、硝酸浸渍时间、硝酸浸渍浓度(质量分数)对活性炭吸附能力的影响,通过正交试验确定各因素对吸附性能的影响和最佳试验条件。试验表明:微波辐照时间、微波功率、电路板粒度大小、硝酸浸渍时间、硝酸浸渍浓度(质量分数)对活性炭吸附性能都有影响;对亚甲基蓝吸附值影响的主次顺序为:微波功率>硝酸浓度>粒度大小>硝酸浸渍时间>辐照时间,对碘吸附值影响的主次顺序为:微波功率>粒度大小>硝酸浸渍时间>辐照时间>硝酸浓度。分析各因素最佳水平顺序,既考虑亚甲基蓝吸附性能,又考虑碘吸附性能,可得到本试验条件下的最佳工艺为:微波辐照时间15min,微波功率633W,粒度大小1.5~2.0,硝酸浓度20%,浸渍时间16h,制得产品亚甲基蓝吸附值94.8mg/g,碘吸附值496.6mg/g。选取吸附性能最好的活性炭,即微波辐照时间15min,微波功率633W,粒度大小1.5~2.0,硝酸浓度20%,浸渍时间16h;用等离子发射光谱仪、X光电子能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪及扫描电子显微镜(SEM-EDS)对热解渣和活性炭进行表征分析。分析结果表明:热解渣经过硝酸浸渍后制备的活性炭一方面金属含量大大减少,另一方面引进了含氧基团,—C—C,或芳香族和脂肪族化合物含量减少(由原来的90.71%变到86.05%,),而C—0含量则增大(由原来的5.01%变到13.95%,),且变化明显,而C=0基本上消失了;表面的氧以羟基、羰基、羧基和内酯基形式存在,其中羟基含量(286.23eV)的增幅较大,而内酯基(284.80eV)的含量则降低;活性炭的结构形态较热解渣更不规则,孔洞和孔隙的差异性则较小,表面明显被氧化,一些骨架被氧化,出现了部分塌陷和大小不等的孔洞,孔周边变得更加平滑。对该试验所制备的活性炭进行表征分析后,得出该活性炭的主要特征是碘吸附值和亚甲蓝吸附值(最佳活性炭产品碘吸附值496.6mg/g,亚甲基蓝吸附值94.8mg/g)并不理想,由此可以得出孔径和比表面积在吸附过程中不占优势,但是该活性炭引入了含氧官能团,增加了活性炭表面酸性基团的含量,减少了碱性基团的含量,从而提高活性炭的表面极性和亲水性。因此该活性炭用于液相吸附时,应占很大优势。结合本试验所产生的废水,废水中含有有价金属,在对废水的有价金属进行回收后,用该活性炭处理该试验所产生的废水应该是可行的;同时本试验所产生的热解气体可以作为城市煤气使用,热解液体可以作为燃料或者化工原料使用,都可以实现资源回收和环境保护的双重效果。本试验在工艺流程上有所创新,既回收了其中的有价金属,又回收了其中的非金属材料,技术上切实可行,所用的试剂少(仅用到硝酸)、工艺简单、成本低,具有经济和环境双重效益。
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