CN106542561B - 一种用废弃线路板铜浸取液制备纳米氧化铜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用废弃线路板铜浸取液制备纳米氧化铜的方法。本发明的具体步骤如下：（1）将废弃线路板粉碎，粉碎后碎料用稀硫酸和双氧水组成的混合溶液浸取，浸取结束后抽滤，得到铜浸取液；（2）向铜浸取液中加入十二烷基苯磺酸钠，室温混合反应；（3）向步骤（2）得到的混合液中加入碳酸钠溶液后，再加入氢氧化钠，超声混合反应，反应结束后，离心分离，收集沉淀物；（4）将步骤（3）中收集的沉淀物于马弗炉中煅烧，得到纳米氧化铜。本发明工艺简单、成本低廉、反应温度低、化学均匀性好，反应过程中无有毒有害气体生成，对环境污染小。所制得的氧化铜纳米材料可以广泛应用在超级电容器、传感器、电子器件、电催化等领域。

Description

一种用废弃线路板铜浸取液制备纳米氧化铜的方法
技术领域
本发明涉及一种用废弃线路板铜浸取液制备纳米氧化铜的方法，属于固体废物资源化技术领域。
背景技术
电子废弃物的处理已成为全球性的问题，而线路板是电子产品的重要组成部分。废弃线路板及其加工废料数量与日俱增，已是一个新的污染源。废旧印刷线路板是玻璃纤维强化树脂和多种金属的混合物，含有锡和溴化阻燃剂等大量致畸、致突变、致癌物质，如果不妥善处理与处置，会对环境造成严重危害；同时，废弃线路板中的金属品味相当于普通矿物中金属品位的几十位至上百位，金属的含量高达40%，最多的是铜，此外还有金、铝、镍、铅、硅金属等。因此，对线路板中的金属进行回收再利用，使这些宝贵的二次资源得到资源化和无害化处理，对保护环境和实现经济与资源的可持续发展具有重大的意义。
本发明目的在于利用废弃线路板的铜浸取液制备纳米氧化铜。氧化铜纳米材料应用非常广泛，它在催化剂、电池材料、高温超导材料、光敏材料、气体传感器、场致发射器、磁存设备等方面均有着重要的作用。化学沉淀法是纳米材料合成中一种成熟的技术，通过加入沉淀剂生成各种不溶或难溶的沉淀，然后再将这些沉淀分解，从而转化成所需要的材料。利用化学沉淀法制备纳米材料具有有反应过程简单，成本低，反应制得的纳米材料化学成分均一、粒度小等优点。
发明内容
本发明公开了一种用废弃线路板铜浸取液制备纳米氧化铜的方法，其目的在于通过稀酸浸取废弃线路板中的铜得到Cu2+浸取液，以此为原料制备氧化铜纳米材料，实现废弃线路板中金属铜的绿色资源化回收再利用。
本发明技术方案是这样实现的：
一种用废弃线路板铜浸取液制备纳米氧化铜的方法，具体步骤如下：
（1）将废弃线路板粉碎，粉碎后碎料用稀硫酸和双氧水组成的混合溶液浸取，浸取结束后抽滤，得到铜浸取液；
（2）向铜浸取液中加入十二烷基苯磺酸钠，室温混合反应；
（3）向步骤（2）得到的混合液中加入碳酸钠溶液后，再加入氢氧化钠，超声混合反应，反应结束后，离心分离，收集沉淀物；
（4）将步骤（3）中收集的沉淀物于马弗炉中煅烧，得到纳米氧化铜。
本发明中，步骤（1）中，将废弃线路板粉碎后的碎料的粒径在3 mm以下。
本发明中，步骤（1）中，稀硫酸的浓度为2-2.5mol/L, 双氧水的质量百分比浓度为30%，稀硫酸和双氧水的体积比为3:1~5:1。
本发明中，步骤（1）中，浸取温度为25~30℃，浸取时间为2~2.5小时。
本发明中，步骤（1）中，粉碎后碎料和混合溶液的固液质量体积比为1:26~3:22g/mL。
本发明中，步骤（2）中，铜浸取液的浓度为0.01-0.02mol/L。
本发明中，十二烷基苯磺酸钠、碳酸钠、氢氧化钠和粉碎后碎料的质量比为（0.02~0.05）：（0.0125~0.025）：（1~4）：（5~15）。
本发明本发明中，步骤（4）中，煅烧温度为300-400℃，煅烧时间为2~5小时。
得到的纳米氧化铜的粒径为一维纳米针状结构，其直径在40~60nm之间，长度为250~300nm。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明用稀硫酸和双氧水浸取线路板中的铜，避免了使用高浓度酸等二次污染严重及剧毒的试剂，反应过程中无有毒有害气体生成，对环境污染小；本发明采用化学沉淀法制备纳米氧化铜材料，工艺简单、成本低廉、反应温度低、化学均匀性好，反应过程中无有毒有害气体生成，对环境污染小。所制得的氧化铜纳米材料可以广泛应用在超级电容器、传感器、电子器件、电催化等领域。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
实施例1
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在2-3 mm的均匀粉末作为实验原料。将5g原料加入到100 ml浓度为2.5 mol/L的稀硫酸和30 ml的30%双氧水混合溶液中，在25℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90 mL去离子水中，向其中加入0.02 g的十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.0125 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入2 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在300℃灼烧2小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为50nm，长度为250nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。
实施例2
以废弃电脑线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在2-3 mm的均匀粉末作为实验原料。将5g原料加入到100 ml浓度为2.5 mol/L的稀硫酸和25 ml的30%双氧水混合溶液中，在25℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90 mL去离子水中，向其中加入0.02 g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.0125 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入2 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在300℃灼烧2小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为45nm，长度为260nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。
实施例3
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在2-3 mm的均匀粉末作为实验原料。将5g原料加入到100 ml浓度为2.5 mol/L的稀硫酸和20 ml的30%双氧水混合溶液中，在30℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，经测滤液浓度，本方法铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90mL去离子水中，向其中加入0.02 g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.0125 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入2 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在300℃灼烧2小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为52nm，长度为258nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。
实施例4
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在2-3 mm的均匀粉末作为实验原料。将5g原料加入到90 ml浓度为2mol/L的稀硫酸和30 ml的30%双氧水混合溶液中，在25℃下搅拌2.5 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，经测滤液浓度，本方法铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90 mL去离子水中，向其中加入0.02 g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.0125 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入2 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在300℃灼烧2小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为58nm，长度为270nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。
实施例5
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在1-2 mm的均匀粉末作为实验原料。将5g原料加入到100 ml浓度为2.5 mol/L的稀硫酸和30 ml的30%双氧水混合溶液中，在25℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，经测滤液浓度，本方法铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90mL去离子水中，向其中加入0.02 g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.0125 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入2 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在300℃灼烧2小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为52nm，长度为265nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。
实施例6
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在1 mm以下的均匀粉末作为实验原料。将5g原料加入到100 ml浓度为2.5 mol/L的稀硫酸和30 ml的30%双氧水混合溶液中，在30℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，经测滤液浓度，本方法铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90mL去离子水中，向其中加入0.02 g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.0125 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入2 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在300℃灼烧2小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为55nm，长度为256nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。
实施例7
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在1 mm以下的均匀粉末作为实验原料。将5g原料加入到100 ml浓度为2 mol/L的稀硫酸和30 ml的30%双氧水混合溶液中，在30℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，经测滤液浓度，本方法铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90mL去离子水中，向其中加入0.02g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.0125 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入2 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在300℃灼烧2小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为56nm，长度为220nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。
实施例8
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在1 mm以下的均匀粉末作为实验原料。将5g原料加入到100 ml浓度为2.5 mol/L的稀硫酸和30 ml的30%双氧水混合溶液中，在25℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，经测滤液浓度，本方法铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90mL去离子水中，向其中加入0.05 g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.025 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入2 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在300℃灼烧2小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为52nm，长度为300nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。。
实施例9
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在1 mm以下的均匀粉末作为实验原料。将10g原料加入到100 ml浓度为2 mol/L的稀硫酸和30 ml的30%双氧水混合溶液中，在25℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，经测滤液浓度，本方法铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90mL去离子水中，向其中加入0.02 g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.0125 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入4 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在400℃灼烧2小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为55nm，长度为286nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。
实施例10
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在1 mm以下的均匀粉末作为实验原料。将5g原料加入到100 ml浓度为2.5 mol/L的稀硫酸和30 ml的30%双氧水混合溶液中，在25℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，经测滤液浓度，本方法铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90mL去离子水中，向其中加入0.02 g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.0125 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入3 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在300℃灼烧2小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为50nm，长度为250nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。
实施例11
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在1 mm以下的均匀粉末作为实验原料。将5g原料加入到100 ml浓度为2 mol/L的稀硫酸和30 ml的30%双氧水混合溶液中，在30℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，经测滤液浓度，本方法铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90mL去离子水中，向其中加入0.02 g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.0125 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入1 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在350℃灼烧2小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为50nm，长度为250nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。
实施例12
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在1 mm以下的均匀粉末作为实验原料。将5g原料加入到100 ml浓度为2.5 mol/L的稀硫酸和30 ml的30%双氧水混合溶液中，在25℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，经测滤液浓度，本方法铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90mL去离子水中，向其中加入0.02 g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.25 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入2 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在300℃灼烧2小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为53nm，长度为287nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。
实施例13
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在1 mm以下的均匀粉末作为实验原料。将5g原料加入到90 ml浓度为2.5 mol/L的稀硫酸和30 ml的30%双氧水混合溶液中，在25℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，经测滤液浓度，本方法铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90mL去离子水中，向其中加入0.02 g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.0125 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入2 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在400℃灼烧2小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为56nm，长度为282nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。
实施例14
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在1 mm以下的均匀粉末作为实验原料。将10g原料加入到100 ml浓度为2.5 mol/L的稀硫酸和30 ml的30%双氧水混合溶液中，在25℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，经测滤液浓度，本方法铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90mL去离子水中，向其中加入0.02 g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.0125 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入2 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在350℃灼烧3小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为42nm，长度为278nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。
实施例15
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在1 mm以下的均匀粉末作为实验原料。将15g原料加入到200 ml浓度为2mol/L的稀硫酸和50 ml的30%双氧水混合溶液中，在30℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，经测滤液浓度，本方法铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90 mL去离子水中，向其中加入0.02 g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.0125 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入2 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在300℃灼烧5小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为56nm，长度为269nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。
实施例16
以废弃手机线路板为原料，经人工去除元器件后，用倾斜式高速万能粉碎机粉碎，经过筛选后，选取粒径在1 mm以下的均匀粉末作为实验原料。将5g原料加入到100 ml浓度为2.5 mol/L的稀硫酸和20 ml的30%双氧水混合溶液中，在25℃下搅拌2 h。浸出后经真空抽滤得到滤液和滤渣，经测滤液浓度，本方法铜的浸取率可达到90%。取10 mL滤液加入到90mL去离子水中，向其中加入0.02 g十二烷基苯磺酸钠，持续搅拌10分钟后，向上述混合液中逐滴加入50 mL浓度为0.0125 mol/L 的碳酸钠溶液，继续搅拌30分钟。然后，向上述混合溶液中加入4 g的氢氧化钠，搅拌10分钟，然后再超声20分钟，对产物进行离心分离。将所得的产物置于马弗炉中在300℃灼烧2小时，升温速率1 ℃/min，得到纯相的纳米氧化铜粉末，一维纳米针状结构，直径为59nm，长度为272nm。纳米氧化铜的产率可达到95%以上。

Claims (7)

1.一种用废弃线路板铜浸取液制备纳米氧化铜的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将废弃线路板粉碎，粉碎后碎料用稀硫酸和双氧水组成的混合溶液浸取，浸取结束后抽滤，得到铜浸取液；
（2）向铜浸取液中加入十二烷基苯磺酸钠，室温混合反应；
（3）向步骤（2）得到的混合液中加入碳酸钠溶液后，再加入氢氧化钠，超声混合反应，反应结束后，离心分离，收集沉淀物；
（4）将步骤（3）中收集的沉淀物于马弗炉中煅烧，得到纳米氧化铜；纳米氧化铜为一维纳米针状结构，其直径在40~60nm之间，长度为250~300nm；其中：
十二烷基苯磺酸钠、碳酸钠、氢氧化钠和粉碎后碎料的质量比为（0.02~0.05）：（0.0125~0.025）：（1~4）：（5~15）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，将废弃线路板粉碎后的碎料的粒径在3mm以下。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，稀硫酸的浓度为2-2.5mol/L,双氧水的质量百分比浓度为30%，稀硫酸和双氧水的体积比为3:1~5:1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，浸取温度为25~30℃，浸取时间为2~2.5小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，粉碎后碎料和混合溶液的固液质量体积比为1:26~3:22g/mL。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，铜浸取液的浓度为0.01-0.02mol/L。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，煅烧温度为300-400℃，煅烧时间为2~5小时。
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