电场作用下NCNTs电极对嗜酸菌浸出线路板中有价金属的催化作用研究

来源 :上海第二工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:snakegmj
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随着科学技术的创新发展和人们对物质生活的日益追求,电子电器产品更新换代的速度也在不断加快。线路板作为电子电气产品的核心组成部分,其淘汰数量和废弃量也在不断增加。目前处理电子废弃物的方法主要有:热处理、机械物理法、化学湿法及生物法,每种方法都有各自的优缺点。生物法因为其绿色环保、经济简洁的特点在处理电子废弃物方面有较好的发展前景。本文通过采用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferroxidans,以下简称A.f菌)对废弃线路板进行一系列完整的处理过程包括:线路板表面元器件的拆除、元器件粉末中有价金属的浸出以及线路板粉末中有价金属浸出。通过对浸出过程中浸出液pH和ORP及金属含量变化情况进行分析,探究每个过程条件下的最佳浸出条件。经实验得出以下主要结论:(1)通过A.f菌对脱除线路板表面元器件浸出液pH、ORP及浸出液中金属含量分析结果表明:嗜酸菌对脱除手机线路板表面元器件有显著作用;最佳浸出条件为初始pH1.0,固液比3:50,接种量15%,温度30℃,转速125r/min,在浸出达到第7天时,手机线路板表面元器件可完全脱除。通过A.f菌间接作用将浸出液中Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+将焊脚中的金属单质氧化为离子态,使焊溶解达到脱出目的,其中Ni、Zn等元素以离子形态存在于浸出液中,Sn等被浸出后又迅速形成沉淀。(2)通过A.f菌+氮摻杂碳纳米管(以下简称NCNTs)修饰电极对浸出元器件粉末中的有价金属实验浸出液的pH和ORP及浸出液有价金属变化情况分析可知:NCNTs修饰电极+A.f菌对浸出元器件粉末中有价金属有显著作用。选取初始pH为2.0,固液比为1:50,接种量为15%,NCNTs修饰量为2.5mg/cm2为最佳浸出条件,在浸出第7天,浸出液中Cu浸出率达到90%,Ni浸出率达到52%,Zn浸出率达到63.5%,Al浸出率达到60.3%。(3)通过外加电场条件+NCNTs修饰电极+A.f菌对线路板粉末中有价金属浸出实验可知:外加电场+NCNTs修饰电极对A.f菌浸出线路板中有价金属有显著催化作用。NCNTs修饰电极对浸出液中电子转移速率有显著提升作用,可以提高浸出液中有价金属的浸出效率。当电流强度为30mA、固液比为1:50、NCNTs修饰量为2.5mg/cm2、碳棒直径为8mm时,浸出液对线路板中有价金属浸出效果最佳。其中固液比的极差值最大,对浸出结果影响最大,电流强度次之,碳棒直径和NCNTs修饰量影响最小。在浸出第5天,浸出液中的Cu、Ni、Zn、Al浸出率分别为:98.9%、99.3%、94.9%、50.1%。通过本文实验研究可知,A.f菌对脱除手机线路板表面元器件及浸出元器件粉末和线路板粉末中有价金属有显著作用,A.f菌通过间接作用的第一阶段可以将浸出液中Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+较强的氧化性质可将元器件粉末或线路板粉末中的有价金属氧化为对应的离子态。外加电场作用+NCNTs修饰电极对A.f菌浸出线路板粉末中有价金属有显著催化作用。NCNTs修饰电极可以提升浸出液电子转移速率,外加电场作用可以使浸出液中的Cu离子直接在阴极碳棒析出,同时一定强度的电场作用能够刺激A.f菌活性增长,提高其浸出效率。通过对浸出过程中金属含量变化分析可知,在浸出01天,外加电场对浸出液线路板粉末中有价金属的催化作用大于菌种作用,在浸出15天,A.f菌对浸出线路板粉末中有价金属的作用大于外加电场作用。
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