CN117305614B - 一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法，涉及电子废弃物回收领域。本发明以黑曲霉为生物原料，以聚乙烯亚胺为表面改性剂，以海藻酸钠为固定化基质，开发了一种能耦合吸附与还原作用的功能化生物吸附剂，且获得的生物吸附剂为尺寸3～4mm的水凝珠，易于储存、分离与再生，该生物吸附剂能选择性吸附电子废弃物王水浸出液中的金离子并将其还原为单质金，负载金的吸附剂经过高温煅烧即可得到高品位金。本发明提出的金回收方法操作简便、过程温和且对环境友好，为电子废弃物的绿色回收提供了新的思路。
Description
技术领域
本发明涉及电子废弃物回收领域，具体为一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法。
背景技术
电子产业的进步和人均消费水平的升级加快了电子电气设备的升级换代，电子产品的平均寿命大幅缩短，由此也产生了大量电子废弃物，电子废弃物中含丰富的金属资源，特别是其中的贵金属含量远高于原始矿石中的含量，被称为“城市矿山”，同时，由于电子废弃物中大量重金属、阻燃剂等有害成分的存在，处理不当极易产生二次污染，严重威胁生态环境和人类健康安全。
因此，急需开发一种绿色高效的贵金属回收工艺用于实现电子废弃物资源化、无害化管理。
目前从电子废弃物浸出液中回收金的方法有液相萃取、电沉积、化学还原等，但仍存在操作复杂、耗能高、产物纯度低、不适用于低浓度等问题。
吸附作为一种简易环保、可持续利用、适用浓度范围广、过程温和的分离工艺可以很好地克服以上问题，然而，目前商业吸附剂的规模化应用仍存在难以再生、成本较高、耐酸性较差等限制，近年来，利用天然生物质及其衍生物制备的生物吸附剂因其来源丰富、价格低廉、选择性高等优势而逐渐受到重视，尤其对生物质进行物理、化学改性或固定化等处理后制备的生物吸附剂具有机械稳定性好、耐酸性强、吸附容量高等多种优点，十分适用于成分复杂的电子废弃物浸出液。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法，以解决上述背景中提出的现有金分离工艺繁杂、消耗高、选择性较差的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法所述方法具体内容为：
步骤一，浸出：将电子废弃物进行拆分、破碎、筛分处理，得到电子废料粉末；用15％的稀硝酸预处理废料粉末3h，预处理后的滤渣洗净烘干，随后将滤渣加入王水进行消解，用1M氢氧化钠调节pH为1，得到电子废弃物浸出液；
步骤二，吸附：向稀释的的电子废弃物浸出液中添加功能化生物吸附剂SA-PEI-AN，置于恒温摇床进行吸附-还原反应，吸附完成后过滤即可得到负载单质金的吸附剂。
作为本发明的一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法优选技术方案，所述步骤一中电子废料粉末尺寸小于100目，电子废料粉末、15％的稀硝酸、王水比例为10g：100mL：40mL，氢氧化钠调节浸出液pH为1。
作为本发明的一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法优选技术方案，所述步骤二中电子废弃物浸出液稀释倍数为2～20。
作为本发明的一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法优选技术方案，所述步骤二中SA-PEI-AN吸附剂添加量为0.05～0.35g/L。
作为本发明的一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法优选技术方案，所述步骤二中摇床振荡速度为150rpm，吸附温度为30℃，吸附时间为100h。
作为本发明的一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法优选技术方案，所述功能化生物吸附剂SA-PEI-AN的具体制备步骤如下：
S1,PEI改性：将黑曲霉接种于PDB培养基，恒温振荡培养5～7天，过滤收集成熟的真菌菌丝，用去离子水洗涤除尽培养基成分，得到原生物质AN,洗净的AN加入到聚乙烯亚胺溶液中，并以300rpm转速混合搅拌16h，在搅拌的条件下滴加2mL的25％戊二醛进行交联，继续搅拌4h,改性后的生物质用去离子水洗涤3次，随后收集滤渣60℃烘干24h,干燥的滤渣磨碎过100目筛网，得到改性黑曲霉粉PEI-AN。
S2,SA固定化：向去离子水中加入海藻酸钠，加热彻底溶解，冷却至室温后向其中加入改性黑曲霉粉PEI-AN，混合均匀,用注射器滴入4wt％氯化钙溶液中，形成3～4mm的凝珠，交联16～24h,交联完成后用去离子水洗涤3次得到生物吸附剂SA-PEI-AN。
作为本发明的一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法优选技术方案，所述步骤S1采用的原生物质为生长5～7天的成熟黑曲霉菌丝。
作为本发明的一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法优选技术方案，所述S1中采用的表面改性剂为聚乙烯亚胺，所述聚乙烯亚胺的浓度为2～10wt％，所述原生物质和聚乙烯亚胺溶液的比例为10g:100mL，所述改性搅拌时间为16h，交联改性时间为4h。
作为本发明的一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法优选技术方案，所述S2中采用的固定化基质为海藻酸钠胶质溶液，所述海藻酸钠浓度为1～3wt％，所述改性黑曲霉粉PEI-AN与海藻酸钠溶液的比例为1g:100mL，交联时间为16～24h。
综上所述，本发明主要具有以下有益效果：
本发明制备的功能化生物吸附剂可以耦合生物吸附与生物还原两种生物过程，且吸附还原过程无需额外化学试剂辅助，可实现从电子废弃物的王水浸出溶液一步高效回收单质金。
本发明制备的生物吸附剂在电子废弃物酸性浸出溶液能保持较高的吸附率，最高可达90％，此外，该生物吸附剂在浸出液中对金离子亲和力远高于其他金属离子，具有耐酸性强、吸附容量高、选择性好的显著优点。
本发明制备的生物吸附剂合成简单、成本低、易于分离、环保安全、机械性能好，具有良好的工业应用前景。
附图说明
图1为本发明SA-PEI-AN在酸性含金溶液中吸附后的XRD谱图；
图2为本发明吸附金的SA-PEI-AN的焚烧产物图像；
图3为本发明不同稀释倍数下SA-PEI-AN在电子废弃物王水浸出液中的金吸附率；
图4为本发明不同吸附剂添加量下SA-PEI-AN在电子废弃物王水浸出液中的金吸附率；
图5为本发明SA-PEI-AN在电子废弃物浸出液中对不同金属离子的吸附率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。
实施例一
一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法，如图1至图5所示，功能化生物吸附剂制备及其应用流程按以下步骤进行：
步骤一，将黑曲霉接种于PDB培养基，恒温振荡培养7天，过滤收集成熟的真菌菌丝，用去离子水洗涤除尽培养基成分，得到原生物质AN，10g洗净的AN加入到100mL的5wt％聚乙烯亚胺溶液中，并以300rpm转速混合搅拌16h，在搅拌的条件下滴加2mL的25％戊二醛进行交联，继续搅拌4h，改性后的生物质用去离子水洗涤3次，随后收集滤渣60℃烘干24h，干燥的滤渣磨碎过100目筛网，得到改性黑曲霉粉PEI-AN；
步骤二，向100mL的2％海藻酸钠胶质溶液中加入1g改性黑曲霉粉PEI-AN，混合均匀，用注射器滴入4wt％氯化钙溶液中，形成3～4mm的凝珠，交联24h。交联完成后用去离子水洗涤3次得到功能化生物吸附剂SA-PEI-AN；
步骤三，在酸性含金溶液中进行吸附实验，向100mL浓度为50ppm，pH为1的氯金酸溶液中添加15.0mg(干重)的SA-PEI-AN吸附剂，置于摇床中反应，摇床工作参数设置为30℃、150rpm、100h，吸附完成后，溶液过0.22μm滤膜后用ICP-AES测量残留金离子含量。
本实施例制备的吸附剂SA-PEI-AN在酸性含金溶液吸附完成后，溶液中残留金含量测量为0.5654ppm，金的吸附率为99％，说明该吸附剂在强酸性溶液中保持高的金吸附率。
将负载金的吸附剂置于60℃烘干24h，随后用XRD检测吸附产物元素成分，结果如附图1所示，多个显著的元素金的特征峰的存在说明吸附剂SA-PEI-AN可以将吸附的金离子还原成单质金。
此外，将干燥的吸附产物置于马弗炉中1100℃焚烧3h，得到的产物金的图像如附图2所示。
实施例二：
本实施例的吸附剂制备流程与实施例一中步骤一和步骤二一致，得到功能化生物吸附剂SA-PEI-AN；
(3)在电子废弃物浸出液进行吸附实验。将电子废弃物进行拆分、破碎、筛分处理，得到尺寸小于100目的电子废料粉末。用100mL的15％的稀硝酸预处理10g废料粉末3h，将预处理后的滤渣洗净烘干。随后将滤渣加入40mL王水进行消解，最后用1M氢氧化钠调节pH为1，得到电子废弃物浸出液。向20mL稀释倍数为2、5、10、20的电子废弃物浸出液中添加3.0mg(干重)的SA-PEI-AN吸附剂，置于摇床中反应，摇床工作参数设置为30℃、150rpm、100h。吸附完成后，溶液过0.22μm滤膜后用ICP-AES测量残留金离子含量。
本实施例中，SA-PEI-AN吸附剂在不同稀释倍数的电子废弃物浸出液中的应用效果如附图3所示。电子废弃物浸出液的稀释倍数高于10时，SA-PEI-AN对电子废弃物浸出液中金的吸附率可高于86％。
实施例三：
本实施例的吸附剂制备流程与实施例一中步骤一和步骤二一致，得到功能化生物吸附剂SA-PEI-AN；
(3)在电子废弃物浸出液进行吸附实验。将电子废弃物进行拆分、破碎、筛分处理，得到尺寸小于100目的电子废料粉末。用100mL的15％的稀硝酸预处理10g废料粉末3h，将预处理后的滤渣洗净烘干。随后将滤渣加入40mL王水进行消解，最后用1M氢氧化钠调节pH为1，得到电子废弃物浸出液。向20mL稀释倍数为20的电子废弃物浸出液中添加1.3～6.7mg(干重)的SA-PEI-AN吸附剂，置于摇床中反应，摇床工作参数设置为30℃、150rpm、100h。吸附完成后，溶液过0.22μm滤膜后用ICP-AES测量残留金离子含量。
本实施例中，在不同SA-PEI--AN吸附剂添加量下电子废弃物浸出液中金回收的应用效果如附图4所示。金的吸附率随吸附剂用量的增加而提高，最高可达90％，说明制备的功能化生物吸附剂SA-PEI-AN是一种有效金离子吸附材料，能有效回收电子废弃物中的金。
实施例四：
本实施例的吸附剂制备流程与实施例一中步骤一和步骤二步骤一致，得到功能化生物吸附剂SA-PEI-AN；
(3)在电子废弃物浸出液进行吸附实验。将电子废弃物进行拆分、破碎、筛分处理，得到尺寸小于100目的电子废料粉末。用100mL的15％的稀硝酸预处理10g废料粉末3h，将预处理后的滤渣洗净烘干。随后将滤渣加入40mL王水进行消解，最后用1M氢氧化钠调节pH为1，得到电子废弃物浸出液。向20mL稀释倍数为20的电子废弃物浸出液中添加7.0mg(干重)的SA-PEI-AN吸附剂，置于摇床中反应，摇床工作参数设置为30℃、150rpm、100h。吸附完成后，溶液过0.22μm滤膜后用ICP-AES测量残留金离子含量。
本实施例制备的的SA-PEI-AN在电子废弃物浸出液中的对不同金属的吸附率如附图5所示。
吸附100h后金离子的吸附率达90％，远远高于其他金属离子的吸附率。说明本实施例制备的功能化生物吸附剂SA-PEI-AN对金离子具有吸附选择性，可从电子废弃物浸出液等多组分的复杂体系中选择性地回收金。。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合，本领域技术人员在阅读完本说明书后可在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以根据需要对实施例做出没有创造性贡献的修改、替换和变型等，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (1)
1.一种利用生物吸附剂从电子废弃物中选择性回收金的方法，其特征在于：所述方法具体内容为：
步骤一，浸出：将电子废弃物进行拆分、破碎、筛分处理，得到电子废料粉末；用15％的稀硝酸预处理废料粉末3h，预处理后的滤渣洗净烘干，随后将滤渣加入王水进行消解，用1M氢氧化钠调节pH为1，得到电子废弃物浸出液；
步骤二，吸附：向稀释的电子废弃物浸出液中添加功能化生物吸附剂SA-PEI-AN，置于恒温摇床进行吸附-还原反应，吸附完成后过滤即可得到负载单质金的吸附剂；
所述步骤一中电子废料粉末尺寸小于100目，电子废料粉末、15％的稀硝酸、王水比例为10g：100mL：40mL，氢氧化钠调节浸出液pH为1；
所述步骤二中电子废弃物浸出液稀释倍数为2～20；
所述步骤二中SA-PEI-AN吸附剂添加量为0.05～0.35g/L；
所述步骤二中摇床振荡速度为150rpm，吸附温度为30℃，吸附时间为100h；
所述功能化生物吸附剂SA-PEI-AN的具体制备步骤如下：
S1,PEI改性：将黑曲霉接种于PDB培养基，恒温振荡培养5～7天，过滤收集成熟的真菌菌丝，用去离子水洗涤除尽培养基成分，得到原生物质AN,洗净的AN加入到聚乙烯亚胺溶液中，并以300rpm转速混合搅拌16h，在搅拌的条件下滴加2mL的25％戊二醛进行交联，继续搅拌4h,改性后的生物质用去离子水洗涤3次，随后收集滤渣60℃烘干24h,干燥的滤渣磨碎过100目筛网，得到改性黑曲霉粉PEI-AN；
S2,SA固定化：向去离子水中加入海藻酸钠，加热彻底溶解，冷却至室温后向其中加入改性黑曲霉粉PEI-AN，混合均匀,用注射器滴入4wt％氯化钙溶液中，形成3～4mm的凝珠，交联16～24h,交联完成后用去离子水洗涤3次得到生物吸附剂SA-PEI-AN；
所述步骤S1采用的原生物质为生长5～7天的成熟黑曲霉菌丝；
所述S1中采用的表面改性剂为聚乙烯亚胺，所述聚乙烯亚胺的浓度为2～10wt％，所述原生物质和聚乙烯亚胺溶液的比例为10g:100mL，所述改性搅拌时间为16h，交联改性时间为4h；
所述S2中采用的固定化基质为海藻酸钠胶质溶液，所述海藻酸钠浓度为1～3wt％，所述改性黑曲霉粉PEI-AN与海藻酸钠溶液的比例为1g:100mL，交联时间为16～24h。
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