CN104591182A

CN104591182A - 一种以废旧电路板为原料制备活性炭的方法

Info

Publication number: CN104591182A
Application number: CN201510061650.1A
Authority: CN
Inventors: 岳钦艳; 阚渝姣; 高宝玉
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2015-05-06

Abstract

本发明涉及一种以废旧电路板为原料制备活性炭的方法，以废旧电路板中非金属物为原料，置于H₃PO₄溶液中浸渍8～12小时，然后在水蒸气保护下升温至700～850℃活化，去离子水洗涤至滤液pH值为6～8，烘干或自然晾干，得产物，本发明以废电路板中非金属部分为原料制备活性炭，不仅缓解了活性炭原料资源紧缺的问题，降低了生产活性炭的成本，还实现了废物资源的利用。避免了填埋或者焚烧导致的二次污染问题。制备的活性炭性能优良，微孔发达，为废电路板中非金属部分的利用提供了一个新的途径。

Description

一种以废旧电路板为原料制备活性炭的方法

技术领域

本发明涉及一种以废旧电路板为原料制备活性炭的方法，属于废物资源回收利用制备活性炭领域。

背景技术

印刷电路板属于复合材料，是由环氧树脂、玻璃纤维和高纯度的铜组成的。目前，废旧电路板中的金属部分通过机械分离的方法可以有效的回收，但是，在机械分离过程中产生的非金属粉末已经成为电子废弃物处理的重要问题。非金属粉末在废旧电路板中占了70％，通常都会以填埋或者焚烧的方式处理，这将导致了二次污染。

废旧电路板中的非金属部分主要成分是环氧树脂，含有环氧基团的的高分子化合物。其固定碳含量在63.7％左右，因此适合制备活性炭。利用废旧电路板中的非金属部分制备活性炭，不仅可以充分利用废弃物而且可以节约原料的成本。中国专利文献CN 102923702A(申请号：201210380085.1)公开了一种以废旧印刷电路板制备活性炭的方法，包括步骤：(1)将印刷电路板粉末装入炭化炉，在350～500℃下炭化0.5～1小时。(2)炭化粉末与活化剂(K₂CO₃或Na₂CO₃)质量比1：1～1：4.5，研磨混匀，在N₂或CO₂保护下，600～950℃活化0.5～2小时。但该专利存在以下的缺点：1.步骤繁琐，首先进行炭化，其次进行活化。2.活化剂为K₂CO₃或Na₂CO₃属于碱性物质，在工业生产中，对设备会有腐蚀作用，因此不适合应用于工业生产。

中国专利文献CN 101948110A(申请号：201010504085.9)公开了一种采用磷酸浸渍，微波加热制备活性炭的方法。此种方法也存在一定的缺点，在进行机械粉选的过程中非金属部分会存在少量的铜，磷酸对铜没有腐蚀作用，因此此种方法制备出来的活性炭存在金属铜。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种以废旧电路板中的非金属部分为原料，采用磷酸-水蒸气同时作用制备活性炭的方法，该方法不仅为废旧电路板的利用开拓了一种新途径，变废为宝，而且降低了固体废弃物造成的污染。

原料说明：

废旧电路板：主要来源于各种废旧的电脑，通讯设备，家用电器以及淘汰的电子仪器仪表等的线路板，PCB板，铝基板，高频板，厚铜板，阻抗板，PCB，超薄线路板，超薄电路板。

本发明的技术方案如下：

一种以废旧电路板为原料制备活性炭的方法，包括步骤如下：

(1)废旧电路板粉碎后，将金属物和非金属物分离出来，非金属物粉碎至粒径0.2～0.3mm×0.2～0.3mm，得废旧电路板非金属粉末；

(2)将废旧电路板非金属粉末置于质量浓度50％～75％的H₃PO₄溶液中，于20～80℃下浸渍8～12小时；

(3)步骤(2)浸渍后的废旧电路板非金属粉末在水蒸气保护下以2～10℃/min的升温速率升温至700～850℃，在700～850℃下恒温反应20～60min，冷却至室温后得到活性炭中间产物；

(4)所得的活性炭中间产物去离子水洗涤至滤液pH值为6～8，烘干或自然晾干，研磨过筛，即得环氧树脂活性炭。

本发明优选的，步骤(2)中，H₃PO₄溶液的质量浓度60％～70％，废旧电路板非金属粉末的加入量与H₃PO₄溶液的质量比为(0.5～3)：1。

本发明优选的，步骤(2)中浸渍温度优选50～60℃，浸渍时间优选为：10～12小时，最为优选：12小时。

本发明优选的，步骤(3)中水蒸气的通入速率为0.5～1L/min。

本发明优选的，步骤(3)中的冷却是在水蒸气保护下进行冷却，水蒸气的通入速率与反应时通入的速率相同。

本发明优选的，步骤(3)中，浸渍后的废旧电路板非金属粉末反应温度为800～850℃，反应时间为：30～50min，升温速率为6～8℃/min。

本发明优选的，步骤(4)中烘干是将洗涤后的活性炭中间产物于100～110℃烘箱内烘烤3～4小时。

本发明优选的，步骤(1)中，废旧电路板粉碎后，采用比重法将金属物和非金属物的分离出来。

比重法：利用材料间比重的差异进行分离，颗粒在气流的作用下分层，下面的重颗粒受板的摩擦和振动作用向上移动，而轻颗粒由于板的倾斜度而向下漂移，从而将废旧电路板中的金属和非金属部分筛选分离。

本发明制得的废旧电路板活性炭，具有微孔、中孔和大孔多级结构，微孔孔隙发达，比表面积可达691～730m²/g，在水蒸气气氛保护下，可明显缩短升温时间，增大活性炭的比表面积。

本发明意外发现，釆用水蒸汽与H₃PO₄共同作用活化原料，与只用H₃PO₄活化相比有很大进步。在本发明的活化过程中，H₃PO₄既起到脱水作用又起到酸催化的作用，H₃PO₄进入原料的内部与之发生反应，促使废旧电路板活性炭前驱体低分子化，在热作用下使得原料膨胀。由于废旧电路板中的有机物含量较高，因此在活化过程中易形成大量的焦油等复杂的有机物，堵塞了活性炭的孔结构。在高温作用下的水蒸气恰好可以将这些有机物带出物料体系，同时侵蚀炭体进行造孔，在原料内部或表面形成了大小不等的孔径。因此，与只用H₃PO₄活化相比，水蒸气对炭体既可以起到“清洗”的作用又能进一步造孔，缩短了活化反应时间，制备出孔隙发达的环氧树脂活性炭。

本发明的优点如下：

1、本发明以废旧电路板中的非金属部分为原料制备活性炭，实现了废物资源的利用，减少了污染，并且缓解了活性炭原料资源紧缺的问题，降低了生产活性炭的成本。而且制备工艺简单，制备的活性炭有优良的吸附性能。

2、本发明采用管式炉直接活化得活性炭，工艺简单，操作时间短，省去了炭化的步骤。所用的磷酸腐蚀性小，减少了对设备的腐蚀。

3、本发明制备的活性炭孔隙发达，比表面积为691～730m²/g。其比表面积大于只用磷酸活化制备的活性炭。

附图说明

图1是实施例2制得的环氧树脂活性炭的扫描电镜照片。

图2是实施例2制得的环氧树脂活性炭的孔径分布图。

图3是实施例2制得的环氧树脂活性炭的N₂吸脱附曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例子对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

一种以废电路板为原料制备活性炭的方法，步骤如下：

(1)废旧电路板粉碎后，采用比重法将金属物和非金属物分离出来，非金属物粉碎至粒径0.2mm×0.2mm，得废旧电路板非金属粉末；

(2)将废旧电路板非金属粉末置于质量浓度60％的H₃PO₄溶液中，于20℃下浸渍12小时，废旧电路板非金属粉末的加入量与H₃PO₄溶液的质量比为0.5:1(g/g)，

(3)步骤(2)浸渍后的废旧电路板非金属粉末置于管式加热炉中，在水蒸气保护下，以6℃/min的升温速率升温至700℃，于700℃活化60min，水蒸气的通入速率为0.5L/min，停止加热，在水蒸气保护下冷却至室温后取出，制得活性炭中间产物；

(4)所得的活性炭中间产物去离子水洗涤至滤液pH值为7，过滤，置于于100℃烘箱内4小时，研磨过筛，即得环氧树脂活性炭。所制备的环氧树脂活性炭比表面积可达691m²/g。

实施例2

一种以废电路板为原料制备活性炭的方法，步骤如下：

(2)将废旧电路板非金属粉末置于质量浓度70％的H₃PO₄溶液中，于50℃下浸渍12小时，废旧电路板非金属粉末的加入量与H₃PO₄溶液的质量比为1.5:1(g/g)，

(3)步骤(2)浸渍后的废旧电路板非金属粉末置于管式加热炉中，在水蒸气保护下，以8℃/min的升温速率升温至820℃，于820℃活化35min，水蒸气的通入速率为0.6L/min，停止加热，在水蒸气保护下冷却至室温后取出，制得活性炭中间产物；

(4)所得的活性炭中间产物去离子水洗涤至滤液pH值为7.2，过滤，置于105℃烘箱内4小时，研磨过筛，即得环氧树脂活性炭。

所得环氧树脂活性炭电镜照片如图1所示，孔径分布如图2所示，N₂吸附脱附曲线如图3所示，由图1-3可知，所制备的环氧树脂活性炭活化完全，微孔发达，比表面积可达730m²/g。

实施例3

一种以废电路板为原料制备活性炭的方法，如实施例1所述，不同之处在于：

步骤(2)中，废旧电路板非金属粉末的加入量与H₃PO₄溶液的质量比为2.5:1(g/g)，浸渍温度80℃，浸渍时间12小时，H₃PO₄溶液的质量浓度65％。

步骤(3)中，浸渍后的废旧电路板非金属粉末反应温度为850℃，反应时间为：30min，水蒸气的通入速率为0.5～1L/min。所制得的环氧树脂活性炭比表面积可达683m²/g。

对比例1

同实施例1所述的活性炭的制备方法，不同之处在于：

步骤(3)浸渍后的废旧电路板非金属粉末在氮气保护下以6℃的升温速率升温至700℃，在700℃下恒温反应60min，所制得的环氧树脂活性炭用于实验例的对比分析。

对比例2

同实施例1所述的活性炭的制备方法，不同之处在于：

步骤(2)将废旧电路板非金属粉末置于质量浓度为35％的K₂CO₃溶液中，于80℃下浸渍12小时，所制得的环氧树脂活性炭用于实验例的对比分析。

实验例

分别按现有技术测实施例1～3制得的环氧树脂活性炭及对比例1～2的环氧树脂活性炭的比表面积和微孔比例，结果如下表1所示：

表1：比表面积及孔径性能对比

	比表面积(m²/g)	微孔比例(％)
			实施例1	691	86.3
实施例2	730	83.7
			实施例3	683	75.3
对比例1	532	52.2
			对比例2	599	73.3

通过表1的数据对比，本发明实施例1～3制备的活性炭微孔比例较高，微孔比例最高达86.3％，比表面积为691～730m²/g。而对比例1采用氮气做保护气体，制得的活性炭比表面积及微孔比例远小于本发明的，对比例2采用K₂CO₃与水蒸气联合制得的活性炭，比表面积及微孔比例也小于本发明的，本发明通入水蒸气与H₃PO₄共同作用活化原料，H₃PO₄既起到脱水作用又起到酸催化的作用，H₃PO₄进入原料的内部与之发生反应，水蒸气对炭体既可以起到“清洗”的作用又能进一步造孔，缩短了活化反应时间，制备的活性炭微孔发达。

Claims

1.一种以废旧电路板为原料制备活性炭的方法，包括步骤如下：

2.根据权利要求1所述的以废旧电路板为原料制备活性炭的方法，其特征在于，步骤(2)中，H₃PO₄溶液的质量浓度60％～70％，废旧电路板非金属粉末的加入量与H₃PO₄溶液的质量比为(0.5～3)：1。

3.根据权利要求1所述的以废旧电路板为原料制备活性炭的方法，其特征在于，步骤(2)中浸渍温度为50～60℃，

4.根据权利要求1所述的以废旧电路板为原料制备活性炭的方法，其特征在于，步骤(2)中浸渍时间为：10～12小时。

5.根据权利要求4所述的以废旧电路板为原料制备活性炭的方法，其特征在于，步骤(2)中浸渍时间为12小时。

6.根据权利要求1所述的以废旧电路板为原料制备活性炭的方法，其特征在于，步骤(3)中水蒸气的通入速率为0.5～1L/min。

7.根据权利要求1所述的以废旧电路板为原料制备活性炭的方法，其特征在于，步骤(3)中的冷却是在水蒸气保护下进行冷却，水蒸气的通入速率与反应时通入的速率相同。

8.根据权利要求1所述的以废旧电路板为原料制备活性炭的方法，其特征在于，步骤(3)中，浸渍后的废旧电路板非金属粉末反应温度为800～850℃，反应时间为：30～50min，升温速率为6～8℃/min。

9.根据权利要求1所述的以废旧电路板为原料制备活性炭的方法，其特征在于，步骤(4)中烘干是将洗涤后的活性炭中间产物于100～110℃烘箱内烘烤3～4小时。

10.根据权利要求1所述的以废旧电路板为原料制备活性炭的方法，其特征在于，步骤(1)中，废旧电路板粉碎后，采用比重法将金属物和非金属物的分离出来。