临界水/甲醇资源化处理废旧线路板的研究

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目前,随着经济快速增长、科学技术不断革新、人民生活水平大幅提高,大量电子废物的产生和堆积已成为固废领域又一重要的环境资源问题。废旧印刷线路板(WPCBs)在电子废物中占比较高,是一种典型的电子废物。WPCBs中含有金属、含溴塑料及玻璃纤维等具有高利用价值的材料,但其组分复杂,难以实现完全的分离和回收,存在极大的环境风险。因此,对其进行安全处理和资源化回收具有重要意义。本文以WPCBs的结构和组成特性为依据,提出采用临界流体技术对WPCBs进行处理及资源化回收再利用的研究思路,获得的主要研究结果如下:(1)以WPCBs为原料,采用临界甲醇处理技术,考察了不同近临界反应条件对WPCBs中铜箔-有机树脂层-玻璃纤维分离的影响,并探索油相产品的组成分布以及溴代阻燃剂的脱溴效率和路径的影响因素。结果表明,超临界甲醇反应体系有利于WPCBs的分层和完全脱溴,固相产物转化率更高。温度高于400 ℃时,可大量回收油相中的苯酚类衍生物。亚临界甲醇条件下,WPCBs分层不明显且产物转化率较低。在油相中,溴代苯醚类物质在低温下被甲醇萃取出来,发生脱溴反应。200 ℃、1:20g/mL、90 min是回收酯类物质的优化条件。在亚临界甲醇-碱(NaOH)反应体系中,低反应温度、长反应时间和高反应固液比有利于溴代苯醚类物质的回收。(2)WPCBs经两次稀硝酸预处理,获取含高浓度的铜离子浸出液,采用超临界甲醇工艺做还原处理,成功制备出具有高附加值的超细铜材料。XRD及TEM分析表明,浸出液中存在的Fe3+可将被还原的零价Cu重新氧化为Cu2O,形成粒度均匀性较差的Cu和Cu2O混合物,去除Fe3+后,可获得高度均一、单分散且粒径较小的球形超细Cu颗粒。较高的反应温度或较低的铜离子初始浓度,有利于形成更小的纳米Cu颗粒,避免颗粒的团聚。优化的超临界甲醇反应条件为:360 ℃、10 min和1:9 g/mL,该反应条件可将超细铜材料的回收率提高至95%以上。(3)以超临界水氧化法为处理工艺,成功将WPCBs转化为PVC中树脂的高效阻燃抑烟剂。结果表明,Cu2O、CuO、SnO2是WPCBs制备得到的阻燃剂中起阻燃作用的主要活性成分,它们共存时,WPCBs衍生阻燃剂具有最优的阻燃和抑烟性能。在超临界水氧化反应过程中,随着反应温度升高,Cu元素的转化(Cu0→Cu+→Cu2+)是影响阻燃抑烟性能的关键因素。此外,Cu+与Cu2+具有协同阻燃作用。通过控制适当的WPCBs衍生阻燃剂添加量,PVC能够兼顾良好的阻燃性能和力学性能。
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