随着电子产业技术发展和电子产品更新换代速度的加快,电子产品的 生命周期越来越短,从而产生了大量的电子废弃物。如果这些电子垃圾得 不到妥善处理和处置,不仅会引起环境二次污染,而且会造成资源的严重 浪费。活性炭是以木屑、烟煤、褐煤、果壳等为原料,经过炭化和活化过 程制成的黑色多孔颗粒,由微晶炭和无定型炭构成,广泛应用于水处理、 空气净化、制药以及食品等领域。近年来,随着活性炭用途的推广和用量 的急剧增加,人们幵始研究更多廉价的活性炭前驱体,以代替资源匾乏的 木材和煤炭等。而电路板中的树脂、塑料等非金属物质大都是高分子聚合 物,理论上可以用来制备活性炭,这样也为活性炭制备原料的扩展提供基 础。因此,本文以电脑电路板中的非金属物质为原料制备活性炭。 根据固体废物浸出毒性浸出方法制备相关浸出液,并通过电感耦合等 离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS) 对浸出液的测试分析可知,铜、甲苯、苯酚和三氯联苯的含量均超过各物 质的浓度限值,因此电脑电路板具有浸出毒性,属于危险废物。 以废弃电脑电路板中的非金属物质(以塑料为主)为原料,分别以 KOH、ZnCl2和H3P04为活化剂进行活化实验,根据活性炭的得率和碘吸 附值,最终选取KOH作为废塑料制备活性炭的活化剂。 首先进行单因素实验,考察了炭化温度、浸渍比、活化时间以及活化 东华大学硕士学位报告 电路板中非金属物质制备活性炭的可行性研究 温度对活性炭得率和碘值的影响;通过正交优化试验,得出了电脑电路板 中废塑料制备活性炭的最佳工艺组合为:炭化温度为500QC、浸渍比为3: 1、活化时间为90min、活化温度为700GC,所得到的活性炭碘值为 630.42mg/go 为了研究氢氧化钾法制备活性炭的活化机理及了解活性炭的性能,对 活性炭进行了表征实验。元素分析结果表明:废塑料经活化后,C含量从 最初的37.60%上升到81.95%;通过热失重分析可知,塑料的热解过程主 要有三个阶段:脱水干燥阶段、挥发失重阶段和燃烧分解阶段,经过热解 动力学研究得出,电路板在两个主要失重温度段的反应机理函数不同,分 别为f ( a ) =l-a和f ( a ) = (1-ct ) 2/3,而且随着升温速率的增加,活 化能E和频率因子A均增大;扫描电镜图显示活性炭的表面存在较多的、 孔径大小不一的孔隙结构;通过原料和活性炭的红外分析,可以看出前后 的官能团变化,其中脂类、醚类可能是热解过程中所产生的一些气体和油 类物质,部分残留在活性炭中;通过气相色谱-质谱联用分析,塑料含有 大量的有机物,如甲苯、苯酚和三氯联苯等。 在以上研究的基础上,本文以最佳工艺制备的活性炭为吸附剂,对印 染废水中有机物进行吸附实验。弱酸性环境和低温有利于对废水中有机物 的吸附,当吸附时间为150min时,达到吸附平衡溶液的初始浓度越高, 有机物的去除率越低。 利用范特霍夫方程对活性炭吸附有机物的过程进行热力学分析,吸附 焰■变为负值,属于放热过程;对吸附数据用Langmuir和Freundlich吸附 等温方程进行拟合分析,结果表明Langmuir吸附等温模型能更好的描述 东华大学硕士学位报告 电路板中非金属物质制备活性炭的可行性研究 吸附过程,方程的拟合相关系数达到0.9939,由此可知,活性炭对印染废 水中有机物的吸附为单分子层吸附。通过准一级动力学模型、准二级动力 学模型和颗粒内部扩散模型对活性炭吸附有机物的的动力学过程进行拟 合,结果表明活性炭吸附印染废水中有机物的过程更符合准一级动力学模 型。