CN107352537A - 一种铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法，该方法包括：将铜粉加入到H3PO4溶液中混匀，然后加入废旧电路板粉末进行浸渍，将浸渍后的混合物置于管式炉中在氮气保护下、300～600℃下恒温反应40～120min，所得的活性炭中间产物用去离子水洗涤至滤液pH值为6～8，烘干后研磨过筛，即得铜粉改性活性炭。该方法在磷酸浸渍过程中加入铜粉，铜粉与磷酸协同提高了活性炭的比表面积，微孔率，铜盐促进有机物脱水，防止焦油形成，初步开孔，促使磷酸快速进入原料内部，磷酸在内部分解有机物，两者协同促进微孔的形成，得到的活性炭微孔占比高。

Description

一种铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法
技术领域
本发明涉及一种铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法，属于活性炭制备技术领域。
背景技术
随着电子产品的更新换代，废旧电路板的数量在急剧增长，产生了大量的电子垃圾。废旧电路板成分为两部分：金属和非金属部分。利用现有的技术可以将金属从废旧电路板中提取出来，剩余的是非金属部分，废旧电路板中非金属部分主要是由有机物组成，适合作为制备活性炭的原材料。
目前活性炭的制备主要采用酸法或者碱法，碱法对设备的腐蚀性较大；酸法常采用磷酸，磷酸属于中强酸，对仪器设备没有腐蚀性，因此磷酸法是活性炭的传统工业生产中应用最广泛的。磷酸在活性炭的制备过程中具有脱水和氧化的作用，但在反应过程中会抑制焦油的形成和含碳有机物的挥发，使大量的有机物滞留在活性炭中，因此单纯用磷酸制备的活性炭比表面积不高，吸附性能较差；为提高活性炭的性能，通常对活性炭进行改性，一般的改性方法都是用酸，碱或者盐对制备完的活性炭进行二次改性，改性工艺流程较复杂，增加了生产成本，不适用于实际的工业生产中。
中国专利文献CN201110263588.6公开了一种活性炭的改性方法，包括如下步骤：(1)将活性炭进行氧化预处理，得到表面含氧功能团的活性炭；(2)将上述表面含氧功能团的活性炭与化合物A反应，得到引发剂改性的活性炭；(3)配置聚合体系，在50～90℃下进行ATRP聚合反应；(4)分离提纯，即可得到表面聚合物改性的活性炭。该改性方法的步骤较繁琐，成本高，另外在改性过程加入了有机物，会造成有机物污染，不适用于实际的工业生产。
中国专利文献201510453112.7公开了一种改性活性炭的制备方法及改性活性炭的应用，属于新材料制备技术领域。首先将废弃活性炭按照固液比为10～20：50～100g/ml加入到浓度为0.05～0.15mol/L的硝酸铜溶液中在室温下浸渍4～12h，浸渍开始就开启超声波处理30～120min，将经浸渍处理的废弃活性炭过滤后，在微波功率为200～500W、焙烧温度为700～900℃条件下焙烧10～30min制备得到改性活性炭。本发明以废弃活性炭为原料，前期硝酸铜浸渍采用超声波处理，后期高温焙烧采用微波加热，高效地让活性炭表面负载铜。该方法是在活性炭表面引入特定金属离子，负载在活性炭的孔内和表面，堵塞一部分微孔，同时使一部分微孔变成中孔，从而造成微孔率降低；另外，该方法为两步改性法，改性时间长，成本高，不利于应用在实际生产中。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法，包括步骤如下：
(1)废旧电路板通过静电粉选后，筛选出金属物，非金属物粉碎过60～200目筛，得废旧电路板粉末；
(2)将铜粉加入到质量浓度为30％～70％的H3PO4溶液中混匀，然后加入废旧电路板粉末，置于20～80℃下浸渍6～24小时；
(3)将步骤(2)浸渍后的混合物置于管式炉中在氮气保护下以8～20℃/min的升温速率升温至300～600℃，在300～600℃下恒温反应40～120min，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用去离子水洗涤至滤液pH值为6～8，烘干后研磨过筛，即得铜粉改性活性炭。
根据本发明优选的，步骤(2)中，H3PO4溶液的质量浓度40％～55％。
根据本发明优选的，步骤(2)中，废旧电路板粉末的加入量与H3PO4溶液的质量比为1：(1～4)，铜粉的加入量与废旧电路板粉末的质量比为：(0.1～1)：1。
进一步优选的，废旧电路板粉末的加入量与H3PO4溶液的质量比为1：(1～3)，铜粉的加入量与废旧电路板粉末的质量比为：(0.2～0.4)：1。
根据本发明优选的，步骤(2)中浸渍温度为40～50℃，浸渍时间优选为：14～20小时。
根据本发明优选的，步骤(3)中氮气的通入速率为0.25～2L/min。
根据本发明优选的，步骤(3)中的冷却是在氮气保护下进行冷却，氮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，反应温度为400～550℃，反应时间为：50～80min，升温速率为10～18℃/min。
本发明制得的活性炭，比表面积可达707～801m2/g，在浸渍的过程中加入铜粉，能增大活性炭的比表面积，增大微孔率，大大缩短了改性时间，简化了改性步骤。
本发明意外发现，在制备过程中加入铜粉进行改性，与只用H3PO4活化相比有很大进步。铜粉在潮湿的环境中容易被氧化，生成碱式碳酸铜(2Cu+O2+H2O+CO2＝＝Cu2(OH)2CO3)。因此在浸渍过程中，会有少量接触空气的铜粉氧化成碱式碳酸铜。铜盐在活化过程中会促进有机物脱水，阻止焦油的形成，利于开孔。磷酸在活化过程中起到酸催化的作用，磷酸进入原料内部，与有机物发生脱水缩合反应，加速有机物的分解。由于铜与磷酸不发生直接的化学反应，铜粉的加入会单独与废旧电路板中的有机物成分作用。铜粉的粒度较小，随着加热温度的升高，部分铜原子会存在电子不饱和现象，表现出电子接受倾向，这部分铜原子会与有机物结合生成络合物，加速有机物的分解，在磷酸浸渍过程中加入铜粉，铜粉与磷酸协同提高了活性炭的比表面积，微孔率，铜盐促进有机物脱水，防止焦油形成，初步开孔，促使磷酸快速进入原料内部，磷酸在内部分解有机物，铜盐在外部提供分解的动力，两者协同促进孔的形成，得到的活性炭微孔发达，同时铜粉的加入量对活性炭比表面积有直接的影响。随着铜粉投加量的增加，活性炭比表面积逐渐增大，在0.3g达到最大；当投加量大于0.3g时，会使过多的铜粉因不能完全反应而滞留在活性炭中，铜粉没有孔结构，从而造成比表面积的降低，因此，本发明铜粉的加入量是根据活性炭的比表面积及微孔占比是经过无数次实验得到的。
本发明所用原料及设备均为现有技术。
本发明的优点如下：
1、本发明利用废旧电路板中的非金属部分为原料制备活性炭，实现了废物资源化。
2、本发明是在制备活性炭之前，将铜粉，磷酸和原料混合均匀，浸渍后直接烧制活性炭，制备工艺简单，省去了二次改性的步骤，操作时间短。
3、本发明制备的活性炭与只用磷酸制备的活性炭相比，孔隙更发达，比表面积更大707～801m2/g)。
附图说明
图1是对比例1和实施例2制得活性炭的扫描电镜照片；其中，A为对比例1的活性炭的扫描电镜照片，B为对比例1的活性炭的扫描电镜照片。
图2是实施例2和对比例1制得的活性炭的孔径分布图。
图3是实施例2和对比例1制得的活性炭的N2吸脱附曲线图。
图4是铜粉的投加量对活性炭比表面积的影响。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1
一种铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法，步骤如下：
(1)将废旧电路中非金属物粉碎后，过60目筛网；
(2)将0.1g铜粉置于质量浓度40％的H3PO4溶液中混匀，随后加入废旧电路板粉末于20℃下浸渍8小时；废旧电路板粉末的加入量与H3PO4溶液的质量比为1:1(g/g)；铜粉的加入量与废旧电路板粉末的质量比为：0.1：1。
(3)步骤(2)浸渍后的混合物置于管式加热炉中，在氮气保护下，以8℃/min的升温速率升温至400℃，于400℃活化50min，氮气的通入速率为0.5L/min，停止加热，在氮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110℃烘箱内6小时，研磨过筛，即得铜粉改性活性炭。所制备的活性炭比表面积可达650m2/g。
实施例2
一种铜粉改性废旧电路板活性炭的方法，步骤如下：
(1)将废旧电路中非金属物粉碎后，过100目筛网；
(2)将0.3g铜粉置于质量浓度50％的H3PO4溶液中混匀，随后加入废旧电路板粉末于40℃下浸渍13小时；废旧电路板粉末的加入量与H3PO4溶液的质量比为1:2(g/g)；铜粉的加入量与废旧电路板粉末的质量比为：0.3：1。
(3)步骤(2)浸渍后的混合物置于管式加热炉中，在氮气保护下，以14℃/min的升温速率升温至450℃，于450℃活化80min，氮气的通入速率为1.5L/min，停止加热，在氮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110℃烘箱内6小时，研磨过筛，即得铜粉改性活性炭。
所得铜粉改性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，所制备的铜粉改性活性炭孔径发达，比表面积可达792m2/g。
实施例3
一种铜粉改性废旧电路板活性炭的方法，具体步骤如下：
(1)将废旧电路中非金属物粉碎后，过200目筛网；
(2)将0.8g铜粉置于质量浓度70％的H3PO4溶液中混匀，随后加入废旧电路板粉末于80℃下浸渍24小时；废旧电路板粉末的加入量与H3PO4溶液的质量比为1:3(g/g)；铜粉的加入量与废旧电路板粉末的质量比为：0.8：1。
(3)步骤(2)浸渍后的混合物置于管式加热炉中，在氮气保护下，以20℃/min的升温速率升温至600℃，于600℃活化120min，氮气的通入速率为2L/min，停止加热，在氮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110℃烘箱内6小时，研磨过筛，即得铜粉改性活性炭，比表面积可达612m2/g。
对比例1
同实施例2所述的活性炭的制备方法，不同之处在于：
步骤(2)浸渍中未加入铜粉，所制得的活性炭用于与实验例1的对比分析。
实验例
分别按现有技术测实施例1～3制得的铜粉改性活性炭及对比例1的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(％) 吸附平均孔径(nm)
实施例1 650 70.9 3.05
实施例2 792 77.8 3.24
实施例3 612 65.3 3.11
对比例1 410 42.2 2.97
通过表1的数据对比，本发明实施例1～3铜粉改性制备的活性炭比表面积较高，微孔率较高。而对比例1未加入铜粉，只是利用磷酸进行活化所制得的活性炭比表面积及微孔率远小于本发明的炭。本发明通过在浸渍过程加入铜粉，利用铜粉和磷酸对废旧电路板中的非金属部分进行活化，造孔率更高，微孔占比高，使有机物分解更彻底，制备出的活性炭孔隙更发达，比表面积更大，随着铜粉投加量的增加，活性炭比表面积逐渐增大，在0.3g达到最大；当投加量大于0.3g时，会使过多的铜粉因不能完全反应而滞留在活性炭中，铜粉没有孔结构，从而造成比表面积的降低，铜粉的投加量对活性炭比表面积的影响见图4，综合考虑，本发明铜粉的加入量为0.2-0.4g，得到的活性大比表面积大，微孔占比最高。

Claims (8)

1.一种铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法，包括步骤如下：
(1)废旧电路板通过静电粉选后，筛选出金属物，非金属物粉碎过60～200目筛，得废旧电路板粉末；
(2)将铜粉加入到质量浓度为30％～70％的H3PO4溶液中混匀，然后加入废旧电路板粉末，置于20～80℃下浸渍6～24小时；
(3)将步骤(2)浸渍后的混合物置于管式炉中在氮气保护下以8～20℃/min的升温速率升温至300～600℃，在300～600℃下恒温反应40～120min，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用去离子水洗涤至滤液pH值为6～8，烘干后研磨过筛，即得铜粉改性活性炭。
2.根据权利要求1所述的铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，H3PO4溶液的质量浓度40％～55％。
3.根据权利要求1所述的铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，废旧电路板粉末的加入量与H3PO4溶液的质量比为1：(1～4)，铜粉的加入量与废旧电路板粉末的质量比为：(0.1～1)：1。
4.根据权利要求1所述的铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法，其特征在于，废旧电路板粉末的加入量与H3PO4溶液的质量比为1：(1～3)，铜粉的加入量与废旧电路板粉末的质量比为：(0.2～0.4)：1。
5.根据权利要求1所述的铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中浸渍温度为40～50℃，浸渍时间优选为：14～20小时。
6.根据权利要求1所述的铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中氮气的通入速率为0.25～2L/min。
7.根据权利要求1所述的铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的冷却是在氮气保护下进行冷却，氮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所述的铜粉改性废旧电路板活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，反应温度为400～550℃，反应时间为：50～80min，升温速率为10～18℃/min。
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