CN112570416B - 一种微波高温裂解电路板的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微波高温裂解电路板的方法及其应用。所述方法包括将电路板与多孔复合材料接触，在真空或惰性气氛下，对上述电路板与多孔复合材料施加微波场，多孔复合材料在微波下产生电弧并迅速达到高温，使电路板的有机化合物裂解，得到主要成为分为一氧化碳的可燃气体产物以及结构疏松易分离的金属与非金属混合固体产物。本发明的方法利用微波中产生电弧迅速引发高温，从而快速裂解废电路板，过程高效，气体产物为高附加值可燃气体，固态金属与非金属回收效率高，可实现废电路板全组分回收利用。

Description

一种微波高温裂解电路板的方法及其应用
技术领域
本发明涉及废物资源回收与再利用技术领域，具体是涉及一种微波高温裂解电路板的方法及其在回收废电路板方面的应用。
背景技术
印刷电路板(PCB)是几乎所有电子信息产品的必备元件，被广泛应用于电子元件与电动控制等多种工业领域。作为PCB制造中的基板材料，覆铜板主要由基板、铜箔和粘合剂三部分构成。基板由高分子合成树脂和增强材料组成。粘合剂通常为酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、聚苯醚树脂等。早在2000年我国年产覆铜板就已经达到16.01万吨，2006年我国印刷电路板的产量超越日本，成为世界上产值最大的印刷电路板生产国。到目前为止，全球约40％的PCB都在中国生产，随之而来的废印刷电路板(WPCB)数量也十分巨大。机械处理、酸溶等现有的WPCB处理方法多侧重于电路板中金属的回收，较少涉及线路板中非金属成分的有效回收利用，且这些方法大多对环境安全构成严重了威胁。因此，发明一种清洁高效的WPCB处理方法是当前研究的热点问题之一。
微波是指波长介于红外线和特高频(UHF)无线电波之间的电磁波，具有非常强的穿透能力，其波长在1m到1mm之间，所对应的频率为300GHz～300MHz。微波发生器的磁控管接受电源功率而产生微波，通过波导输送到微波加热器，需要加热的物料在微波场的作用下被加热。微波的加热方式与普通的热传递有较大不同，高频电场以每秒几亿级的速度周期性改变外加电场和方向，使物料中的极性分子随电场作高频振动，分子间摩擦挤压作用使物料迅速发热，从而使物料内部和表面温度同时迅速升高。已有较多的专利公开了利用微波的这一特性进行热裂解的技术，如专利CN102585860、专利CN103252226、专利CN106520176等，但都是用碳化硅等普通微波敏感材料在微波场中生热并传到给热裂解物料，从而达到热裂解目的，这种方式的工作温度不高，效率不理想。此外，CN105199139还将碳纤维复合材料直接用微波炉进行裂解，碳纤维复合材料中的碳纤维虽然在微波场中能够生热，但是效率很低。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提供了一种微波高温裂解电路板实现资源有效回收利用的方法。本发明利用微波中产生电弧的多孔复合材料在微波中产生电弧，从而迅速产生高温，使废旧电路板中的有机化合物类裂解。裂解气体产物为回收利用价值高的可燃气体，固体残渣易于实现金属与非金属组分的分离，实现金属与玻璃纤维的高效回收。这一方法实现了废电路板全组分的清洁高效回收。
本发明的目的是提供一种微波高温裂解电路板的方法。
本发明所述微波高温裂解电路板的方法包括：
将电路板与多孔复合材料接触，在惰性气氛下或真空，对上述电路板与多孔复合材料施加微波场，多孔复合材料在微波下产生电弧并迅速达到高温，使电路板中有机化合物裂解；所述电路板与多孔复合材料的重量比为1:99～99:1，优选1:50～50:1，更优选1:30～30:1，最优选1:10～10:1。
以上所述电路板中的有机化合物在高温下裂解，会得到大量气体产物及固体残渣；所述气体为高热值的可燃性气体；所述固体残渣包括结构疏松易分离的金属组分与以玻璃纤维混合物等为主的非金属组分。以上所述有机化合物的物质可以包括有机物、包含有机物的混合物和包含有机物的复合材料等。
惰性气氛为现有技术中通常用的惰性气体气氛，比如氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气，优选氮气。
电路板与多孔复合材料接触方式可采用各种方式，只要电路板与多孔复合材料有接触即可。优选：废电路板放置于多孔复合材料上、放置于多孔复合材料构成的腔体内、或被多孔复合材料盖在下部等；更优选将电路板进行破碎后与多孔复合材料接触。
所述微波场的微波功率为1W～100KW；优选200W～50KW，最优选500W～20KW；特别是例如700W、900W或1500W；微波时间为0.1～200min；优选0.5～150min，最优选1～100min；微波产生电弧，可以迅速达到700～3000℃，优选800～2500℃，更优选800～2000℃，使得电路板裂解。
根据本发明所述的微波高温裂解电路板的方法，其中所述的多孔复合材料包括：无机多孔骨架和负载于无机多孔骨架上的碳材料。所述负载是指碳材料通过一定的结合力固定于无机多孔骨架的表面和/或结构中。所述表面是指多孔骨架所有可以接触到气相的界面，“固定于结构中”指的是镶嵌或者锚定于多孔骨架本身的内部，而不是孔道的内部。
所述碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为0.001％～99％，优选0.01％～90％，更优选0.1％～80％；
所述无机多孔骨架是具有多孔结构的无机材料；无机多孔骨架的平均孔径为0.2-1000μm，优选0.2-500μm，更优选0.5-500μm，特别优选为0.5-250μm，或者0.2-250μm；孔隙率为1％-99.99％；优选为10％-99.9％，更优选为30％-99％。单个孔隙的孔径来自于SEM照片中经过孔隙中心的直线与孔隙轮廓的交点间距中最短的值。
所述碳材料为石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨、炭黑、碳纤维、碳点、碳纳米线、由可碳化的有机物碳化得到的产物或由可碳化有机物的混合物碳化后的产物中的至少一种，优选为石墨烯、碳纳米管、由可碳化的有机物碳化得到的产物和由可碳化有机物的混合物碳化后的产物中的至少一种。
所述可碳化有机物的混合物为可碳化有机物与非金属及非金属化合物的无机物、非金属化合物的其他有机物的混合物。
所述的碳化是指：在一定的温度、气氛条件下处理有机物，有机物中的氢、氧、氮、硫等全部或大部挥发掉，从而得到一种含碳量很高的合成材料。
所述的可碳化的有机物优选有机高分子化合物，有机高分子化合物包括合成高分子化合物和天然有机高分子化合物；合成高分子化合物优选为橡胶或塑料；所述塑料包括热固性塑料和热塑性塑料。
所述天然有机高分子化合物优选为淀粉、粘胶纤维、木质素和纤维素中的至少一种。
所述合成高分子化合物优选自环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、聚苯乙烯、苯乙烯-二乙烯苯共聚物、聚丙烯腈、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、丁苯橡胶、聚氨酯橡胶中的至少一种。
所述的可碳化有机物的混合物优选为煤、天然沥青、石油沥青或煤焦沥青中的至少一种。
所述无机多孔骨架的无机材料为碳、硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐、钛酸盐、氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物和卤化物中的一种或多种组合；其中所述氧化物优选氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁、氧化铈和氧化钛中的至少一种；所述氮化物优选氮化硅、氮化硼、氮化锆、氮化铪和氮化钽中的至少一种；所述碳化物优选碳化硅、碳化锆、碳化铪和碳化钽中的至少一种；所述硼化物优选硼化锆、硼化铪和硼化钽中的至少一种。
所述无机多孔骨架的无机材料更优选为碳、硅酸盐、氧化铝、氧化镁、氧化锆、碳化硅、氮化硼、钛酸钾中的至少一种。
所述无机多孔骨架优选为以下具体骨架中的至少一种：聚合物海绵碳化后得到的碳骨架、无机纤维构成的多孔骨架、无机海绵骨架、无机颗粒堆积构成的骨架、陶瓷前驱体海绵焙烧后得到的陶瓷海绵骨架、陶瓷前驱体纤维焙烧后得到的陶瓷纤维骨架；优选三聚氰胺海绵碳化后的骨架、酚醛树脂海绵碳化后的骨架、硅酸铝纤维的多孔骨架(如硅酸铝岩棉)、莫来石纤维的多孔骨架、氧化铝纤维的多孔骨架(如氧化铝纤维板)、氧化锆纤维的多孔骨架、氧化镁纤维的多孔骨架、氮化硼纤维的多孔骨架、碳化硼纤维的多孔骨架、碳化硅纤维的多孔骨架、钛酸钾纤维的多孔骨架、陶瓷前驱体纤维焙烧后得到的陶瓷纤维骨架。
所述无机多孔骨架的多孔结构可以来自骨架材料本身的孔结构，例如海绵状结构形式；也可以来自纤维材料堆积而成的孔结构，例如纤维棉、纤维毡和纤维板等结构形式；也可以来自颗粒材料堆积而成的孔结构，例如沙堆结构形式；还可以来自以上多种形式的组合。优选来自纤维材料堆积而成的孔结构。特别说明的是，以上所述的无机纤维构成的多孔骨架，其中的多孔是由纤维材料堆积的骨架中构成的孔结构，并不是指纤维本身具有多孔。
本发明所述的多孔复合材料，能够在微波中产生高温电弧，比如在900w微波场中能够产生使多孔复合材料升温至1000℃以上的电弧，并且材料本身耐高温，最高可耐3000℃的高温。本发明的微波中产生电弧的多孔复合材料是一种新型、高效的微波加热材料，可以使电路板快速裂解，实现废旧电路板有效回收的材料。
本发明所述的多孔复合材料优选为本申请人的中国专利申请CN201811264425.8中提供的多孔复合材料。中国专利申请CN201811264425.8的内容在此通过引用全文并入本文中。
根据本发明的微波高温裂解电路板的方法，可以包括所述多孔复合材料的制备。具体地，所述多孔复合材料的制备方法优选包括以下步骤：
a、制备负载用碳材料或碳材料前驱体溶液或分散液；
b、将无机多孔骨架或无机多孔骨架前驱体浸入步骤a的溶液或分散液中，使无机多孔骨架或无机多孔骨架前驱体的孔隙充满该溶液或分散液；
其中碳材料和/或碳材料前驱体占无机多孔骨架材料或无机多孔骨架材料前驱体与碳材料和/或碳材料前躯体的总质量的0.001％～99.999％，优选0.01％～99.99％，更优选0.1％～99.9％；
c、取出步骤b得到的多孔材料干燥，所述干燥优选通过加热烘干，碳材料或碳材料前驱体析出或固化，负载于无机多孔骨架或无机多孔骨架前驱体上；加热烘干温度优选50～250℃，更优选60～200℃，最优选80～180℃；
如果以上原料采用的是碳材料和无机多孔骨架，则经过步骤c后即得到所述微波中产生电弧的多孔复合材料；如果所述的原料采用碳材料前驱体或者无机多孔骨架前驱体中的至少一种，则需要继续以下步骤d：
d、惰性气体气氛下加热步骤c得到的多孔材料，无机多孔骨架前驱体转化为无机多孔骨架，和/或碳材料前驱体还原或碳化，得到所述微波中产生电弧的多孔复合材料；加热温度400～1800℃，优选600～1500℃，更优选800～1200℃。
其中，优选：
所述的无机多孔骨架前驱体是可转化为无机多孔骨架的多孔材料；选自陶瓷前驱体、可碳化的有机物的多孔材料或可碳化有机物的混合物的多孔材料中的至少一种。
所述碳材料前驱体是氧化石墨烯、改性碳纳米管、改性碳纳米纤维、改性石墨、改性炭黑、改性碳纤维和可碳化的有机物或可碳化有机物的混合物中的至少一种。改性碳纳米管、改性碳纳米纤维、改性石墨、改性炭黑、改性碳纤维是指为了提高这些碳材料在水或有机溶剂中的分散性，得到稳定的分散液，进行预处理的碳材料，比如采用分散剂、表面活性剂进行预处理，或是接枝亲水基团进行预处理等；这些预处理手段均采用现有技术中的改善分散性的预处理手段。进行上述预处理的碳材料如石墨烯水分散液、石墨烯乙醇分散液、石墨烯水性浆料、石墨烯油性浆料、氧化石墨烯水分散液、氧化石墨烯乙醇分散液、氧化石墨烯N-甲基吡咯烷酮分散液、碳纳米管水分散液、羧基化碳纳米管水分散液、碳纳米管乙醇分散液、碳纳米管二甲基甲酰胺分散液、碳纳米管N-甲基吡咯烷酮浆料等均可以通过市售而得。
步骤a碳材料或其前驱体溶液或分散液的溶剂可选自苯、甲苯、二甲苯、三氯苯、三氯甲烷、环己烷、己酸乙酯、乙酸丁酯、二硫化碳、甲酮、丙酮、环己酮、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、水或醇类中的一种或组合；
其中，所述醇类优选自丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇、1,4–丁二醇、异丙醇、乙醇中的至少一种；
本发明制备方法中所述的负载用碳材料前驱体优选负载前可以溶解或分散于对人体和环境友好的溶剂中的前驱体，使制备过程“绿色”。所述的对人体和环境友好的溶剂选自乙醇、水和两者混合物中的至少一种。即步骤a中的溶剂更优选为包含水和/或乙醇的溶剂；进一步优选水和/或乙醇。
步骤a的溶液或分散液实现碳材料和/或碳材料前驱体在溶剂中充分溶解或是充分分散即可，通常其浓度可为0.001～1g/mL，优选为0.002～0.8g/mL，再优选为0.003g～0.5g/mL。
更具体地：
本发明制备方法中所述的负载于无机多孔骨架的碳材料为石墨烯时，步骤a中优选用氧化石墨烯水溶液。
本发明制备方法中所述的负载于无机多孔骨架的碳材料为碳纳米管时，步骤a中优选用碳纳米管分散液。
本发明制备方法中所述的负载用碳材料前驱体选用热固性塑料时，步骤a中需要根据所选热固性塑料的现有技术中常用固化配方配制成合适的固化体系；该固化体系中，可以加入任选的一种或多种选自以下的添加剂：固化促进剂、染料、颜料、着色剂、抗氧化剂、稳定剂、增塑剂、润滑剂、流动改性剂或助剂、阻燃剂、防滴剂、抗结块剂、助粘剂、导电剂、多价金属离子、冲击改性剂、脱模助剂、成核剂等；所用添加剂用量均为常规用量，或根据实际情况的要求进行调整。在负载用碳材料前驱体选用热固性塑料时，后续的步骤c中加热后作为碳材料前驱体的热固性树脂固化，负载于无机多孔骨架。
本发明制备方法中所述的负载用碳材料前驱体选用热固性塑料时，步骤a中选取现有技术中相应的良溶剂将上述热固性塑料及其固化体系溶解，得到负载用碳材料前驱体溶液。
本发明制备方法中所述的负载用碳材料前驱体选用热塑性塑料时，负载用碳材料前驱体的溶液中可以加入如抗氧化剂、助抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、臭氧稳定剂、加工助剂、增塑剂、软化剂、防粘连剂、发泡剂、染料、颜料、蜡、增量剂、有机酸、阻燃剂、和偶联剂等塑料加工过程中现有技术的常用助剂。所用助剂用量均为常规用量，或根据实际情况的要求进行调整。
本发明制备方法的步骤b中可以通过挤压数次或完全不挤压使无机多孔骨架的孔隙充满负载用碳材料或碳材料前驱体溶液或分散液。
本发明制备方法的步骤c中取出步骤b得到的多孔材料后可以采取或者不采取措施去除步骤b得到的多孔材料中的多余的负载用碳材料或碳材料前驱体溶液或分散液，上述措施包括但不限于挤压和离心操作中的一种或两种。
本发明制备方法的步骤c和d中所述加热可以优选为微波加热，微波加热不仅效率高而且受热均匀，具体地：
步骤c微波的功率为1W～100KW，优选为500W～10KW，微波时间为2～200min，优选为20～200min。
步骤d的微波功率改为100W～100KW，优选700W～20KW；微波时间为0.5～200min，优选为1～100min。
本发明制备方法步骤d中所述加热需要在惰性气体气氛下进行，选自现有技术中常用的惰性气体气氛，优选氮气。
本发明制备方法中所采用的设备均为常用设备。
如上所述，上述多孔复合材料的制备方法将无机多孔骨架和碳材料相结合，制备得到机械性能优异，在微波场中能够产生电弧从而迅速产生高温的多孔复合材料，比如在900w微波场中能够产生使多孔复合材料升温至1000℃以上的电弧，材料本身耐高温，工艺流程简单易行，易于实现规模化制备。
本发明的方法所述的电路板可为目前技术条件下生产的各种电路板。
本发明的方法中的微波场可采用现有技术中的各种微波设备，比如家用微波炉、工业化微波设备(如微波热裂解反应器)等。
本发明的方法中放置或承载电路板和多孔复合材料的装置可选择用现有技术中微波可以穿透且耐1200℃以上高温的各种容器或管道，如石英坩埚、石英反应器、石英管、氧化铝坩埚、氧化铝反应器、氧化铝管等。
根据本发明的微波高温裂解电路板的方法，还可包括处理所述电路板裂解得到的固体残渣，将其中的金属与非金属组分分离，分别回收再利用；和/或收集所述电路板裂解得到的气体产物。以上有关固体残渣的分离及气体产物的收集可采用现有技术中的各种分离、收集的办法和设备，比如可采用气体收集装置进行气体收集，之后作为燃料或是作为化学工业原料进行后续反应和生产。
所述的气体收集为现有技术中通常的方法，优选在惰性气氛下进行。例如，如采用家用式微波炉作为微波场，其气体收集方式：在氮气保护的手套箱中将承载废旧塑料和多孔复合材料的石英坩埚装入真空袋中后密封，微波下反应后隔着真空袋拧开坩埚，用针筒扎进真空袋取样；采用工业式的有进气口和出气口的微波炉(如微波热裂解反应器等)，其气体收集方式：反应过程用氮气吹扫，出气口用集气袋取样收集。
本发明的另一个目的是提供所述微波高温裂解电路板的方法的一种应用。
本发明所述一种微波高温裂解电路板的方法的应用，是将其应用于回收废电路板方面。
本发明的方法利用微波中产生电弧的多孔复合材料在微波中产生电弧，从而迅速产生高温，使电路板裂解，过程高效，进行回收再利用，过程高效，产物组成附加值高，可实现废电路板全回收。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明；但本发明不受这些实施例的限制。
实施例中的实验数据使用以下仪器及测定方法测定：
1、实施例所得多孔复合材料中负载的碳材料质量百分含量的测定：
1)原料中采用无机多孔骨架材料的情况下，先测定原料无机多孔骨架材料重量，在实验结束后测定所得多孔复合材料重量，两者重量差即为负载碳材料重量，从而测定负载碳材料在多孔复合材料的质量百分含量；
2)原料中采用无机多孔骨架前驱体的情况下，取两份重量一致的无机多孔骨架前驱体，其中一个做实施例，另一个做空白样只实施制备方法的步骤c和步骤d；在实验结束后，称取实施例所得多孔复合材料的重量，并称取空白样最后的重量，两者重量差即为负载碳材料重量，从而测定负载碳材料在多孔复合材料的质量百分含量。
2、在实施例中，收集的气体通过如下方式进行色谱分析：将裂解后收集的气体产物根据ASTM D1945-14方法，使用炼厂气分析仪(HP Agilent 7890 A，配置有3个通道，包括1个FID和2个TCD(热导率检测器))进行分析。在FID通道上分析烃。应用一个采用氮气载气的TCD来测定氢气含量，这是因为在氢气和氦气载气的传导率方面存在小的差异。另一个采用氦气作为载气的TCD用于检测CO、CO2、N2和O2。为了进行定量分析，通过使用RGA(炼厂气分析)校准气体标准来测定响应因子。
3、无机多孔骨架和多孔复合材料的平均孔径通过如下方式确定：通过扫描电子显微镜(SEM)照片中穿过单个孔隙中心的直线与该孔隙的轮廓的两个交点之间的距离中最短的值来确定单个孔隙的孔径，然后通过SEM照片中显示的所有孔隙的孔径值的数均值来确定平均孔径。采用的SEM为Hitachi S-4800，日本日立，放大率为200倍。
4、孔隙率的测定方法：参考GB/T 23561.4-2009测定孔隙率。
本发明实施例及对比例的原料均来自市售。
多孔复合材料的制备：
实施例1
(1)量取500ml氧化石墨烯水分散液(JCGO-95-1-2.6-W，10mg/ml，南京吉仓纳米科技有限公司)于烧杯；
(2)取2g由酚醛树脂构成的多孔骨架(酚醛泡沫，平均孔径300μm，孔隙率99％，常熟绿洲花卉泡沫有限公司)泡入氧化石墨烯水分散液，使溶液充分进入多孔骨架的孔道；
(3)取出浸泡好的多孔材料，放于不锈钢托盘中，置于180℃烘箱加热1小时，烘干并预还原；
(4)将烘干的多孔材料放入家用微波炉(700w，型号M1-L213B，美的)中高火微波处理2min，预还原的氧化石墨烯还原成石墨烯，酚醛树脂骨架碳化成碳骨架(平均孔径200μm，孔隙率99％)，得到微波中产生电弧的石墨烯负载碳多孔骨架的多孔复合材料，石墨烯占多孔复合材料总质量的百分数为10％。
实施例2
(1)量取500ml碳纳米管分散液(XFWDM，100mg/ml，南京先丰纳米材料科技有限公司)于烧杯；
(2)取2g由酚醛树脂构成的多孔骨架(酚醛泡沫，平均孔径200μm，孔隙率99％，常熟绿洲花卉泡沫有限公司)泡入碳纳米管分散液，使碳纳米管分散液充分进入多孔骨架的孔道；
(3)取出浸泡好的多孔材料，放于不锈钢托盘中，置于80℃烘箱加热5小时，烘干；
(4)将烘干的多孔材料放入管式炉，在氮气气氛下800℃碳化1h，得到微波中产生电弧的碳纳米管负载碳多孔骨架的多孔复合材料(碳骨架的平均孔径140μm，孔隙率99％)，碳纳米管占多孔复合材料总质量的百分数为30％。
实施例3
(1)量取500ml碳纳米管分散液(XFWDM，100mg/ml，南京先丰纳米材料科技有限公司)于烧杯；
(2)取5g由硅酸盐构成的纤维棉状多孔骨架(平均孔径150μm，孔隙率90％，山东鲁阳节能材料股份有限公司)泡入碳纳米管分散液，挤压数次，使分散液充分进入多孔骨架的孔道；
(3)取出浸泡好的多孔材料，放于不锈钢托盘中，置于150℃烘箱加热2小时，烘干，得到微波中产生电弧的碳纳米管负载硅酸盐纤维多孔骨架的多孔复合材料，碳纳米管占多孔复合材料总质量的百分数为10％。
实施例4
(1)称取30g粉末酚醛树脂(2123，新乡市伯马风帆实业有限公司)和3.6g六亚甲基四胺固化剂于烧杯，倒入500ml乙醇，用磁转子搅拌1小时至溶解；
(2)取5g由硅酸盐构成的纤维棉状多孔骨架(平均孔径150μm，孔隙率90％，山东鲁阳节能材料股份有限公司)泡入配置好的溶液，挤压数次，使溶液充分进入多孔骨架的孔道；
(3)取出浸泡好的多孔材料，放于不锈钢托盘中，置于180℃烘箱加热2小时，溶液烘干，酚醛树脂固化；
(4)将烘干固化的多孔材料放入管式炉，在氮气气氛下1000℃碳化1h，酚醛树脂碳化，得到微波中产生电弧的酚醛树脂碳化产物负载硅酸盐纤维多孔骨架的多孔复合材料，碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为5％。
实施例5
(1)称取50g液体酚醛树脂(2152，济宁佰一化工)于烧杯，倒入500ml乙醇，用磁转子搅拌1小时至溶解；
(2)取8g由氧化铝构成的纤维板状多孔骨架(平均孔径100μm，孔隙率85％，山东鲁阳节能材料股份有限公司)泡入配置好的溶液，使溶液充分进入多孔骨架的孔道；
(3)取出浸泡好的多孔材料，放于不锈钢托盘中，置于180℃烘箱加热2小时，溶液烘干，酚醛树脂固化；
(4)将烘干固化的多孔材料放入管式炉，在氮气气氛下900℃碳化1h，酚醛树脂碳化，得到微波中产生电弧的酚醛树脂碳化产物负载氧化铝纤维多孔骨架的多孔复合材料，碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为6％。
实施例6
(1)称取30g水溶性淀粉(药用级，上海阿拉丁生化科技股份有限公司)于烧杯，倒入500ml去离子水，用磁转子搅拌1小时至溶解；
(2)取8g由氧化铝构成的纤维毡状多孔骨架(平均孔径100μm，孔隙率85％，山东鲁阳节能材料股份有限公司)泡入配置好的溶液，使溶液充分进入多孔骨架的孔道；
(3)取出浸泡好的多孔材料，放入微波热裂解反应器(XOLJ-2000N，南京先欧仪器制造有限公司)，功率10KW微波处理2min，多孔材料烘干；
(4)将烘干的多孔材料放入管式炉，在氮气气氛下1200℃碳化1h，水溶性淀粉碳化，得到微波中产生电弧的淀粉碳化产物负载氧化铝纤维多孔骨架的多孔复合材料，碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为0.1％。
实施例7
(1)称取50g水溶性淀粉(药用级，上海阿拉丁生化科技股份有限公司)于烧杯，倒入500ml去离子水，用磁转子搅拌1小时至溶解；
(2)取8g由氧化铝构成的纤维棉状多孔骨架(平均孔径100μm，孔隙率85％，山东鲁阳节能材料股份有限公司)泡入配置好的溶液，挤压数次，使溶液充分进入多孔骨架的孔道；
(3)取出浸泡好的多孔材料，放入微波热裂解反应器，功率500W微波处理2h，多孔材料烘干；
(4)将烘干的多孔材料放入管式炉，在氮气气氛下1000℃碳化1h，淀粉碳化，得到微波中产生电弧的淀粉碳化产物负载氧化铝纤维多孔骨架的多孔复合材料，碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为0.2％。
实施例8
(1)称取2kg液体酚醛树脂(2152，济宁佰一化工)于烧杯，倒入4L乙醇，用磁转子搅拌1小时至溶解；
(2)取2g由酚醛树脂构成的多孔骨架(酚醛泡沫，平均孔径500μm，孔隙率99％，常熟绿洲花卉泡沫有限公司)泡入配置好的溶液，使溶液充分进入多孔骨架的孔道；
(3)取出浸泡好的多孔材料，放于不锈钢托盘中，置于150℃烘箱加热2小时，烘干；
(4)将烘干的多孔材料放入微波热裂解反应器(XOLJ-2000N，南京先欧仪器制造有限公司)，功率20KW氮气气氛下微波处理100min，得到微波中产生电弧的酚醛树脂碳化产物负载碳多孔骨架的多孔复合材料(碳骨架的平均孔径350μm，孔隙率99％)，负载于无机碳骨架上的碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为80％。
实施例9
(1)称取30g粉末酚醛树脂(2123，新乡市伯马风帆实业有限公司)和3.6g六亚甲基四胺固化剂于烧杯，倒入500ml乙醇，用磁转子搅拌1小时至溶解；
(2)取8g由氧化镁构成的纤维板状多孔骨架(平均孔径100μm，孔隙率80％，济南火龙热陶瓷有限责任公司)泡入配置好的溶液，使溶液充分进入多孔骨架的孔道；
(3)取出浸泡好的多孔材料，放于不锈钢托盘中，置于180℃烘箱加热2小时，溶液烘干，酚醛树脂固化；
(4)将烘干固化的多孔材料放入管式炉，在氮气气氛下1000℃碳化1h，酚醛树脂碳化，得到酚醛树脂碳化产物负载氧化镁纤维多孔骨架的多孔复合材料，碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为3％。
实施例10
(1)称取100g水溶性淀粉(药用级，上海阿拉丁生化科技股份有限公司)于烧杯，倒入500ml去离子水，用磁转子搅拌1小时至溶解；
(2)取8g由氧化锆构成的纤维板状多孔骨架(平均孔径150μm，孔隙率80％，济南火龙热陶瓷有限责任公司)泡入配置好的溶液，使溶液充分进入多孔骨架的孔道；
(3)取出浸泡好的多孔材料，放入微波热裂解反应器(XOLJ-2000N，南京先欧仪器制造有限公司)，在功率3KW下微波处理20min，多孔材料烘干；
(4)将烘干的多孔材料放入管式炉，在氮气气氛下900℃碳化2h，淀粉碳化，得到微波中产生电弧的淀粉碳化产物负载氧化锆纤维多孔骨架的多孔复合材料，碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为0.5％。
实施例11
(1)称取50g液体酚醛树脂(2152，济宁佰一化工)于烧杯，倒入500ml乙醇，用磁转子搅拌1小时至溶解；
(2)取8g由氮化硼构成的纤维板状多孔骨架(平均孔径100μm，孔隙率80％，济南火龙热陶瓷有限责任公司)泡入配置好的溶液，使溶液充分进入多孔骨架的孔道；
(3)取出浸泡好的多孔材料，放于不锈钢托盘中，置于180℃烘箱加热2小时，溶液烘干，酚醛树脂固化；
(4)将烘干固化的多孔材料放入管式炉，在氮气气氛下900℃碳化1h，酚醛树脂碳化，得到微波中产生电弧的酚醛树脂碳化产物负载氮化硼纤维多孔骨架的多孔复合材料，碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为5％。
实施例12
(1)称取100g液体酚醛树脂(2152，济宁佰一化工)于烧杯，倒入500ml乙醇，用磁转子搅拌1小时至溶解；
(2)取8g由钛酸钾构成的纤维板状多孔骨架(平均孔径100μm，孔隙率80％，济南火龙热陶瓷有限责任公司)泡入配置好的溶液，使溶液充分进入多孔骨架的孔道；
(3)取出浸泡好的多孔材料，放于不锈钢托盘中，置于180℃烘箱加热2小时，溶液烘干，酚醛树脂固化；
(4)将烘干固化的多孔材料放入管式炉，在氮气气氛下800℃碳化1h，酚醛树脂碳化，得到微波中产生电弧的酚醛树脂碳化产物负载钛酸钾纤维多孔骨架的多孔复合材料，碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为10％。
微波裂解电路板：
实施例13
取10g废电路板(废电路板已预破碎成小块，面积约为1cm2大小的不规则小块，该电路板拆自废旧电脑主板，品牌技嘉)，置于50g实施例1得到的微波中产生电弧的多孔复合材料组成的腔体内部，随后将其整体置于微波裂解反应器(MKX-R1C1B，青岛迈可威仪器制造有限公司)中，氮气保护后，用微波热裂解反应器以900W功率处理5min。该多孔复合材料在微波中产生电弧，从而迅速产生高温并传递给物料使物料快速裂解。将收集所得到的气体组分进行气相色谱分析。热解气体产物主要成分列于表1。反应结束后固体残渣质量为热解前的30％，包括结构疏松易分离的金属组分与以玻璃纤维混合物等为主的非金属组分，通过简单破碎后就可以分离回收其中的金属与非金属部分(主要为玻璃纤维)。
待裂解电路板置于微波中产生电弧的多孔复合材料组成的腔体内部具体操作如下：先将一部分在微波中产生电弧的多孔复合材料放于石英反应器内部，将多孔复合材料依次摆放形成一个中空的开口向上的腔体，随后将废电路板放置于腔体内部，最后将剩余的多孔复合材料盖于物料上部。
对实施例2-12得到的样品进行与上述过程相同的实验，得到类似的实验现象和结果。反应结束后固体残渣质量约为热解前的28％～35％。实施例2-12得到的多孔复合材料都能在微波中产生电弧，从而迅速产生高温并传递给物料使其快速裂解。
对比例1
将10g废电路板与50g碳化硅粉末(98.5％，国药集团化学试剂北京有限公司)均匀混合后置于石英反应罐内，随后将其整体置于微波反应器(MKX-R1C1B，青岛迈可威仪器制造有限公司)中，氮气保护后，用微波热裂解反应器以900W功率处理5min。微波过程没有任何火花，微波处理之后废电路板并没有发生变化，只有石英反应罐底部有些温热。
实施例14
除以下参数外，其他参数和步骤同实施例13：
取10g废电路板，与30g实施例6得到的微波中产生电弧的多孔复合材料均匀混合后置于石英反应罐内，随后将其整体置于微波裂解反应器(MKX-R1C1B，青岛迈可威仪器制造有限公司)中，氮气保护后，用微波热裂解反应器以1200W功率处理10min。该多孔复合材料在微波中产生电弧，从而迅速产生高温并传递给物料使物料快速裂解。将收集所得到的气体组分进行气相色谱分析。热解气体产物主要成分列于表2。反应结束后固体残渣质量为热解前的32％，且金属与基板之间结构松散，通过简单破碎后就可以分离回收其中的金属与非金属部分。
实施例15
除以下参数外，其他参数和步骤同实施例13：
取10g废电路板，与15g实施例2得到的微波中产生电弧的多孔复合材料均匀混合后置于石英反应罐内，随后将其整体置于微波裂解反应器(MKX-R1C1B，青岛迈可威仪器制造有限公司)中，氮气保护后，用微波热裂解反应器以900W功率处理20min。该多孔复合材料在微波中产生电弧，从而迅速产生高温并传递给物料使物料快速裂解。将收集所得到的气体组分进行气相色谱分析。热解气体产物主要成分列于表3。反应结束后固体残渣质量为热解前的30％，且金属与基板之间结构松散，通过简单破碎后就可以分离回收其中的金属与非金属部分。
实施例16
除以下参数外，其他参数和步骤同实施例13：
取2g废电路板，与60g实施例10得到的微波中产生电弧的多孔复合材料均匀混合后置于石英反应罐内，随后将其整体置于微波裂解反应器(MKX-R1C1B，青岛迈可威仪器制造有限公司)中，氮气保护后，用微波热裂解反应器以900W功率处理5min。该多孔复合材料在微波中产生电弧，从而迅速产生高温并传递给物料使物料快速裂解。将收集所得到的气体组分进行气相色谱分析。热解气体产物主要成分列于表4。反应结束后固体残渣质量为热解前的30％，且金属与基板之间结构松散，通过简单破碎后就可以分离回收其中的金属与非金属部分。
实施例17
除以下参数外，其他参数和步骤同实施例13：
取20g废电路板，与5g实施例8得到的微波中产生电弧的多孔复合材料均匀混合后置于石英反应罐内，随后将其整体置于微波裂解反应器(MKX-R1C1B，青岛迈可威仪器制造有限公司)中，氮气保护后，用微波热裂解反应器以1000W功率处理30min。该多孔复合材料在微波中产生电弧，从而迅速产生高温并传递给物料使物料快速裂解。将收集所得到的气体组分进行气相色谱分析。热解气体产物主要成分列于表5。反应结束后固体残渣质量为热解前的31％，且金属与基板之间结构松散，通过简单破碎后就可以分离回收其中的金属与非金属部分。
表1
气体产物组成 体积占比(vol.％)
氢气 20.36
一氧化碳 53.25
二氧化碳 12.72
甲烷 3.81
乙烷 0.39
乙烯 5.02
丙烷 0.14
丙烯 0.90
乙炔 1.35
1-丁烯 0.42
1,3-丁二烯 0.05
苯 0.09
其它 1.50
表2
气体产物组成 体积占比(vol.％)
氢气 18.00
一氧化碳 42.80
二氧化碳 6.90
甲烷 14.90
乙烷 2.00
乙烯 6.00
丙烷 1.00
丙烯 4.70
乙炔 1.10
1-丁烯 0.20
1,3-丁二烯 0.60
苯 0.10
其它 1.70
表3
气体产物组成 体积占比(vol.％)
氢气 15.00
一氧化碳 49.60
二氧化碳 9.10
甲烷 13.50
乙烷 2.30
乙烯 4.20
丙烷 0.80
丙烯 2.20
乙炔 0.90
1-丁烯 0.10
1,3-丁二烯 0.60
苯 0.10
其它 1.60
表4
气体产物组成 体积占比(vol.％)
氢气 19.47
一氧化碳 48.80
二氧化碳 7.25
甲烷 8.80
乙烷 1.0
乙烯 8.80
丙烷 0.10
丙烯 3.20
乙炔 0.80
1-丁烯 0.30
1,3-丁二烯 0.07
苯 0.08
其它 1.33
表5
气体产物组成 体积占比(vol.％)
氢气 16.20
一氧化碳 47.32
二氧化碳 8.68
甲烷 10.1
乙烷 1.80
乙烯 6.60
丙烷 2.32
丙烯 4.10
乙炔 0.80
1-丁烯 0.08
1,3-丁二烯 0.10
苯 0.20
其它 1.70
从表中数据还可以看出，裂解产物中含有较高比例的氢气，因此可以收集其中的氢气用作燃料。

Claims (31)

1.一种利用微波高温裂解电路板的方法，包括将电路板与多孔复合材料接触，在惰性气氛下或真空，对上述电路板与多孔复合材料施加微波场使电路板中的有机化合物裂解；所述电路板与多孔复合材料的重量比为1:99~99:1；所述微波场的微波功率为200W~100KW，微波时间为0.1~200min；
所述多孔复合材料包含无机多孔骨架和负载于所述无机多孔骨架上的碳材料，所述多孔复合材料中所述碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为0.001%~99%；
其中所述碳材料为石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨、炭黑、碳纤维、碳点、碳纳米线、由可碳化的有机物碳化得到的产物或由可碳化有机物的混合物碳化后的产物中的至少一种；所述无机材料为碳、硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐、钛酸盐、氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物和卤化物中的一种或组合；
其中无机多孔骨架是具有多孔结构的无机材料，所述无机多孔骨架的平均孔径为0.2-1000μm，孔隙率为1%-99.9%。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述电路板与多孔复合材料的重量比为1:50~50:1；和/或，
所述微波场的微波功率为200W~50KW；微波时间为0.5~150min。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述电路板与多孔复合材料的重量比为1:30~30:1；和/或，
所述微波场的微波功率为500W~20KW；微波时间为1~100min。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述多孔复合材料中所述碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为0.01%~90%；和/或，
所述无机多孔骨架的平均孔径为0.2-500μm；孔隙率为10%-99.9%。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：
所述多孔复合材料中所述碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为0.1%~80%；和/或，
所述无机多孔骨架的平均孔径为0.5-500μm；孔隙率为30%-99%。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述无机多孔骨架的平均孔径为0.5-250μm。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述无机材料为碳、硅酸盐、钛酸盐、氧化物、碳化物、氮化物、硼化物中的至少一种。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：
所述氧化物选自氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁、氧化铈和氧化钛中的至少一种；和/或，
所述氮化物选自氮化硅、氮化硼、氮化锆、氮化铪和氮化钽中的至少一种；和/或，
所述碳化物选自碳化硅、碳化锆、碳化铪和碳化钽中的至少一种；和/或，
所述硼化物选自硼化锆、硼化铪和硼化钽中的至少一种。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述无机多孔骨架为以下中的至少一种：聚合物海绵碳化后得到的碳骨架、无机纤维构成的多孔骨架、无机海绵骨架、无机颗粒堆积构成的骨架、陶瓷前驱体海绵焙烧后得到的陶瓷海绵骨架、陶瓷前驱体纤维焙烧后得到的陶瓷纤维骨架。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：
所述无机多孔骨架为以下中的至少一种：三聚氰胺海绵碳化后的骨架、酚醛树脂海绵碳化后的骨架、硅酸铝纤维的多孔骨架、莫来石纤维的多孔骨架、氧化铝纤维的多孔骨架、氧化锆纤维的多孔骨架、氧化镁纤维的多孔骨架、氮化硼纤维的多孔骨架、碳化硼纤维的多孔骨架、碳化硅纤维的多孔骨架、钛酸钾纤维的多孔骨架、陶瓷前驱体纤维焙烧后得到的陶瓷纤维骨架。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述多孔复合材料中所述碳材料为石墨烯、碳纳米管、由可碳化的有机物碳化得到的产物和由可碳化有机物的混合物碳化后的产物中的至少一种。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：
所述可碳化有机物的混合物为可碳化有机物与非金属及非金属化合物的无机物、非金属化合物的其他有机物的混合物。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：
所述的可碳化有机物的混合物为煤、天然沥青、石油沥青或煤焦沥青中的至少一种。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于：
所述的可碳化的有机物为有机高分子化合物，有机高分子化合物包括合成高分子化合物和天然有机高分子化合物。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：
所述合成高分子化合物为橡胶和/或塑料；所述塑料包括热固性塑料和/或热塑性塑料；
所述天然有机高分子化合物为淀粉、粘胶纤维、木质素和纤维素中的至少一种。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于：
所述合成高分子化合物选自环氧树脂、酚醛树脂、噁嗪树脂、呋喃树脂、聚苯乙烯、苯乙烯-二乙烯苯共聚物、聚丙烯腈、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、丁苯橡胶、聚氨酯橡胶中的至少一种。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于按包括以下步骤的方法制备所述多孔复合材料：
a、制备负载用碳材料和/或碳材料前驱体溶液或分散液；
b、将无机多孔骨架或无机多孔骨架前驱体浸入步骤a的溶液或分散液中，使无机多孔骨架或无机多孔骨架前驱体的孔隙充满该溶液或分散液；
c、取出步骤b得到的多孔材料，加热，烘干，碳材料或碳材料前驱体析出或固化，负载于无机多孔骨架或无机多孔骨架前驱体上；
如果以上原料采用的是碳材料和无机多孔骨架，则经过步骤c后即得到所述微波中产生电弧的多孔复合材料；如果所述的原料采用碳材料前驱体或者无机多孔骨架前驱体中的至少一种，则需要继续以下步骤d：
d、惰性气体气氛下加热步骤c得到的多孔材料，无机多孔骨架前驱体转化为无机多孔骨架，和/或碳材料前驱体还原或碳化，得到所述微波中产生电弧的多孔复合材料。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：
所述的无机多孔骨架前驱体是可转化为无机多孔骨架的多孔材料；选自陶瓷前驱体、可碳化的有机物的多孔材料或可碳化有机物的混合物的多孔材料中的至少一种。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于：
所述碳材料前驱体是氧化石墨烯、改性碳纳米管、改性碳纳米纤维、改性石墨、改性炭黑、改性碳纤维和可碳化的有机物或可碳化有机物的混合物中的至少一种。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于：
步骤a碳材料或其前驱体溶液或分散液的溶剂为苯、甲苯、二甲苯、三氯苯、三氯甲烷、环己烷、己酸乙酯、乙酸丁酯、二硫化碳、甲酮、丙酮、环己酮、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、水或醇类中的一种或组合。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：
所述醇类选自丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇、1,4–丁二醇、异丙醇、乙醇中的至少一种。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于：
步骤a碳材料或其前驱体溶液或分散液的溶剂为包含水和/或乙醇的溶剂。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于：
步骤a碳材料或其前驱体溶液或分散液的溶剂为水和/或乙醇。
24.如权利要求17所述的方法，其特征在于：
步骤a的溶液或分散液的浓度为0.001~1g/mL；和/或，
步骤c中的干燥采用加热烘干，加热温度50~250℃；和/或，
步骤d中加热温度400~1800℃。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于：
步骤a的溶液或分散液的浓度为0.002~0.8g/mL；和/或，
步骤c中的干燥采用加热烘干，加热温度60~200℃；和/或，
步骤d中加热温度600~1500℃。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于：
步骤a的溶液或分散液的浓度为0.003g~0.5g/mL；和/或，
步骤c中的干燥采用加热烘干，加热温度80~180℃；和/或，
步骤d中加热温度800~1200℃。
27.如权利要求17所述的方法，其特征在于：
所述步骤c和/或步骤d中所述加热为微波加热。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于：
所述步骤c微波的功率为1W~100KW，微波时间为2~200min；和/或，
所述步骤d的微波功率为100W~100KW，微波时间为0.5~200min。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于：
所述步骤c微波的功率为500W~10KW，微波时间为20~200min；和/或，
所述步骤d的微波功率为700W~20KW；微波时间为1~100min。
30.如权利要求1~29之一所述的方法，其特征在于：
处理所述电路板裂解得到的固体残渣，将其中的金属与非金属组分分离，分别回收再利用；和/或收集所述电路板裂解得到的气体产物。
31.如权利要求1~30之一所述的微波高温裂解电路板的方法在回收废电路板上的应用。
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