CN106564897A - 一种利用废弃pcb制备多孔活性炭的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于多孔活性炭的制备技术领域，具体地，涉及一种利用废弃印刷线路板(PCB)制备多孔活性炭的方法。该方法包括：(1)以废弃PCB为原料，经无机酸预处理和废弃线路板金属部分反应、过滤后，与非金属部分分离；(2)废弃PCB非金属部分经粉碎、过筛、干燥处理后，在一定温度下进行炭化处理；(3)制得的炭化产物与活化剂混合浸渍，在一定温度下进行活化处理；(4)活化后产物经酸洗、水洗、干燥，即得用废弃PCB制备的多孔活性炭。本发明使废弃PCB中的资源得到充分利用。

Description

一种利用废弃PCB制备多孔活性炭的方法

技术领域

本发明属于多孔活性炭的制备技术领域，具体地，涉及一种用新型原料制备多孔活性炭的方法，特别涉及一种利用废弃PCB制备多孔活性炭的方法。

背景技术

经济发展和科技进步使得电子信息技术产业迅猛发展，人们对电子产品的需求不断膨胀。而随着电子产品更新换代速度加快，产生大量废弃的PCB(Printed CircuitBoard，印刷线路板)，这些废弃物含有大量的有毒物质，其中包括大量的重金属、树脂类复合材料和其他有毒有害成分，如溴化阻燃剂等，这些成分会诱发畸形、基因突变、癌变等，对环境和人类健康产生严重的危害。因此，废弃PCB资源化利用研究已成为当前电子垃圾处理的热点问题。

目前，针对废弃PCB可用资源回收的方法多侧重线路板中金属的回收，较少涉及占总量50％以上的非金属成分的资源化和无害化。废弃PCB中的非金属分离物主要是环氧树脂或酚醛树脂，此外还有一些玻璃纤维和残余的金属。PCB非金属组分除了少数用作填料外，更多是作为垃圾填埋或被送进垃圾焚化炉焚烧，这样的处理方式不仅使树脂和玻璃纤维等有价值组分得不到有效利用而流失，其中的阻燃剂、残余金属等有害物质也易通过各种途径污染环境。

针对废弃PCB中非金属组分的资源化研究主要分为两种：物理方法回收和化学方法回收再利用。

物理方法回收废弃PCB中非金属组分目前主要采取机械破碎，使PCB中金属解离，然后通过静电、磁力、重力等分选方式将金属材料和非金属材料进行分离。用非金属粉末做填料制备建筑材料等，作为复合材料的填料，用于制备复合材料。

2009年Y.Zheng等在《Journal of Hazardous Materials》上发表的《The reuse ofnonmetals recycled from waste printed circuit boards as reinforcing fillers in thepolypropylene composites》报道了采用粉碎、浮选法分离废弃PCB金属材料和非金属材料后，将废弃PCB非金属材料制成聚丙烯复合材料中的增强填充物。但此法不足之处在于线路板成分和性质的差异以及杂质的存在会造成再生产品性能的下降或降级使用。

废弃PCB非金属材料的化学回收利用形式有：热解回收法和溶剂回收法。

孙路石等在《华中科技大学学报》上发表的《溴化环氧树脂印刷线路版热解产物的分析》中报道了将废PCB经预处理后直接热解，其中的非金属材料在惰性气体保护下加热到一定温度发生热解，生成气体、液体(油)、固体(焦)，回收热解产物作为化工原料或燃料。但此法产生的固体(焦)可应用领域窄，利用价值低。

CN101407596B公开了一种从废弃PCB的非金属粉末中回收环氧树脂和玻璃纤维的方法，采用有机和无机溶剂，将废弃PCB中的网状交联高分子基体分解或水解成低分子的线性有机化合物，使复合材料中的各组分易于分离和回收。相对于热解法，溶剂回收法要温和得多，不需要太高的温度。但溶剂回收法尚处于起步研究阶段，研究对象多为实验室合成的热固性环氧树脂复合材料，研究过程中还有许多技术难题需要克服。

杨二桃等在《环境工程学报》上发表的《用废弃印刷线路板制备粒状活性炭》和在《新型炭材料》上发表的《用废弃印刷线路板非金属组分分离物制备多孔炭》中为使焙烧出的炭材料成型而在炭化、水蒸气活化前添加了煤焦油，增加了PCB非金属组分制炭材料的工序及成本。

为克服以上技术的不足，本发明提出了一种利用废弃PCB制备多孔活性炭的方法，本发明合理利用了资源，提高了废弃PCB的经济价值。

发明内容

本发明的目的是，为解决上述问题，提供一种利用废弃PCB制备多孔活性炭的制备方法。

本发明的利用废弃PCB制备多孔活性炭的方法，包括以下步骤：

(1)以废弃PCB为原料，将废弃PCB先经无机酸预处理，过滤后获得废弃PCB的非金属部分，再将废弃PCB的非金属部分依次经水洗，干燥，粉碎，过筛，获得粉体；

(2)将步骤(1)中得到的粉体炭化，制成炭化物；

(3)将步骤(2)中制得的炭化物与活化剂混合均匀后进行活化反应，反应后所得产物经酸洗，水洗，干燥，即得多孔活性炭。

根据本发明的方法，作为优选地，步骤(1)中所述的无机酸为硫酸、盐酸和硝酸中的一或几种

根据本发明的方法，作为优选地，步骤(1)中所述无机酸浓度为0.5～10mol/L，废弃PCB与无机酸质量比为1:1～1:10。

根据本发明的方法，作为优选地，步骤(1)中所述的将废弃PCB经无机酸预处理所用的反应温度为20～90℃，反应时间为30～300min。

根据本发明的方法，作为优选地，步骤(1)中所述的废弃PCB的非金属部分粉碎后粒度为100～1000目。

根据本发明的方法，作为优选地，步骤(2)中所述炭化温度范围为600～1000℃，炭化时间30～300min。

根据本发明的方法，作为优选地，步骤(2)中所述的粉体在保护气下进行炭化；所述保护气优选为氮气或者氩气。

根据本发明的方法，作为优选地，步骤(3)中所述炭化物与活化剂按1:1～1:5质量比混合。

根据本发明的方法，作为优选地，步骤(3)中所述活化剂为NaOH、KOH和Ca(OH)₂中的一种或几种，或者所述活化剂为NaOH、KOH、Na₂CO₃和K₂CO₃中的一种或几种。

根据本发明的方法，作为优选地，步骤(3)所述活化反应的温度为600～1000℃，活化时间30～300min。

根据本发明的方法，作为优选地，步骤(3)所述酸洗，水洗，干燥的具体操作可以是本领域的常规操作，例如，可以是将步骤(3)获得的活化后产物，依次经过1～10mol/L盐酸和去离子水清洗后，烘干或自然晾干。

根据本发明的实施例，具体地，本发明的利用废弃PCB制备多孔活性炭的方法，包括以下步骤：

将废弃PCB浸入无机酸中，无机酸浓度为0.5～10mol/L，废弃PCB与无机酸质量比为1:1～1:10，反应温度为20～90℃，反应时间为30～300min，反应完成后过滤；对得到的PCB非金属组分进行水洗，干燥，粉碎，过筛，粒度为100～1000目；将得到的粉体在保护气氛下升温至600～1000℃，炭化30～300min后冷却，得到炭化物；将炭化物与活化剂按1:1～1:5质量比混合均匀，在保护气氛下升温至600～1000℃，活化30～300min后冷却，得到活化物；将活化物用酸洗去除样品中的大部分灰分以及重金属等杂质，再用去离子水洗涤至中性，自然晾干或烘干，即得用废弃PCB制备的多孔活性炭。

本发明的利用废弃PCB制备的活性炭，活性炭的BET比表面积为1300～3000m²/g，孔容为0.77～1.08cm³/g。

与传统的水蒸气活化相比，本发明将废弃PCB非金属组分的炭化物采用NaOH、KOH和Ca(OH)₂等中的一种或几种活化剂进行活化处理所得活性炭的比表面积和孔容得到提高。在废弃PCB非金属组分炭化和活化过程中未添加煤焦油等其他辅料，降低了以废弃PCB制备多孔活性炭的工序及成本，所得多孔活性炭的用途宽，且产品价值高于固体焦。

本发明的重要特点之一是利用废弃PCB为原料制备多孔活性炭。本发明既合理利用了资源，又保护环境，提高了废弃PCB的经济价值。本发明生产工艺简单，省时，省力，易于实现大规模生产。本发明通过废弃PCB制备的多孔活性炭比表面积和孔容分别可高达3030m²/g和1.08cm³/g。

附图说明

图1为本发明的利用废弃PCB制备多孔活性炭的方法的工艺流程图。

图2为本发明实施例2中制备的多孔活性炭的氮气吸附-脱附等温线图。

具体实施方式

本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。

实施例1

将废弃PCB浸入硫酸中，硫酸浓度为0.5mol/L，废弃PCB与硫酸质量比为1:3，反应温度为20℃，反应0.5h，反应完成后过滤。对得到的PCB非金属组分进行水洗，干燥，粉碎，过筛，粒度为100目。将得到的粉体在N₂保护下升温至600℃，炭化30min后冷却，得到炭化物。将炭化物与KOH按1:1质量比混合均匀，在N₂保护下升温至600℃，活化30min后冷却，得到活化物。将活化物依次经过1～10mol/L盐酸和去离子水清洗后，烘干或自然晾干，得到比表面积为1453m²/g、总孔容0.77cm³/g的多孔活性炭。

实施例2

将废弃PCB浸入浓度为3mol/L的盐酸中，废弃PCB与盐酸质量比为1:1，反应温度为60℃，反应2h。对得到的PCB非金属组分粉碎，过筛，粒度为300目。炭化处理温度为800℃，炭化1h后冷却，得到炭化物。将炭化产物与Ca(OH)₂按1:4质量比混合均匀，在N₂保护下升温至600℃，活化120min，其他步骤同实施例1。本实施例中得到的多孔活性炭比表面积为2503m²/g、总孔容0.92cm³/g。本实施例中制备的多孔活性炭的氮气吸附-脱附等温线图如图2。

实施例3

将废弃PCB浸入浓度为3mol/L硫酸和硝酸的混酸中，废弃PCB与的混酸反应温度为60℃，反应3h，反应完成后过滤。对得到的PCB非金属组分粉碎，过筛，粒度为300目。炭化处理温度为800℃，炭化1h后冷却，得到炭化物。将炭化产物与NaOH按1:5质量比混合均匀，在N₂保护下升温至800℃，活化120min，其他步骤同实施例1。本实施例中得到的多孔活性炭比表面积为3030m²/g、总孔容1.08cm³/g的多孔活性炭。

实施例4

将废弃PCB浸入浓度为10mol/L硫酸和盐酸的混酸中，废弃PCB与混酸质量比为1:10，废弃PCB与的混酸反应温度为90℃，反应5h，反应完成后过滤。对得到的PCB非金属组分粉碎，过筛，粒度为1000目。炭化处理温度为1000℃，炭化30min后冷却，得到炭化物。将炭化产物与Na₂CO₃按1:1质量比混合均匀，在Ar保护下升温至1000℃，活化300min，其他步骤同实施例1。本实施例中得到的多孔活性炭比表面积为1724m²/g、总孔容0.82cm³/g的多孔活性炭。

实施例5

将废弃PCB浸入浓度为10mol/L硝酸中，废弃PCB与硝酸质量比为1:5，废弃PCB与的硝酸反应温度为60℃，反应2h，反应完成后过滤。对得到的PCB非金属组分粉碎，过筛，粒度为500目。在Ar保护下，炭化处理温度为600℃，炭化300min后冷却，得到炭化物。将炭化产物与K₂CO₃按1:4质量比混合均匀活化60min，其他步骤同实施例1。本实施例中得到的多孔活性炭比表面积为1314m²/g、总孔容0.87cm³/g的多孔活性炭。

实施例6

将废弃PCB浸入浓度为0.5mol/L硝酸和盐酸的混酸中，废弃PCB与混酸质量比为1:3，废弃PCB与的混酸反应温度为60℃，反应1h，反应完成后过滤。对得到的PCB非金属组分粉碎，过筛，粒度为500目。在Ar保护下，炭化处理温度为1000℃，炭化30min后冷却，得到炭化物。将炭化产物与NaOH按1:4质量比混合均匀活化60min，其他步骤同实施例1。本实施例中得到的多孔活性炭比表面积为2024m²/g、总孔容0.91cm³/g的多孔活性炭。

当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用废弃PCB制备多孔活性炭的方法，包括以下步骤：

(1)以废弃PCB为原料，将废弃PCB先经无机酸预处理，过滤后获得废弃PCB的非金属部分，再将废弃PCB的非金属部分依次经水洗，干燥，粉碎，过筛，获得粉体；

(2)将步骤(1)中得到的粉体炭化，制成炭化物；

(3)将步骤(2)中制得的炭化物与活化剂混合均匀后进行活化反应，反应后所得产物经酸洗，水洗，干燥，即得多孔活性炭。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的无机酸为硫酸、盐酸和硝酸中的一或几种。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述无机酸浓度为0.5～10mol/L，废弃PCB与无机酸质量比为1:1～1:10。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的将废弃PCB经无机酸预处理所用的反应温度为20～90℃，反应时间为30～300min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述炭化温度范围为600～1000℃，炭化时间30～300min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的粉体在保护气下进行炭化；步骤(3)中所述炭化物与活化剂在保护气下进行活化反应。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述保护气为氮气或者氩气。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述炭化物与活化剂按1:1～1:5质量比混合。

9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述活化剂为NaOH、KOH和Ca(OH)₂中的一种或几种，或者所述活化剂为NaOH、KOH、Na₂CO₃和K₂CO₃中的一种或几种。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述活化反应的温度为600～1000℃，活化时间30～300min。