本發(fā)明涉及一種銅粉改性廢舊電路板活性炭的制備方法，屬于活性炭制備
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：隨著電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代，廢舊電路板的數(shù)量在急劇增長，產(chǎn)生了大量的電子垃圾。廢舊電路板成分為兩部分：金屬和非金屬部分。利用現(xiàn)有的技術(shù)可以將金屬從廢舊電路板中提取出來，剩余的是非金屬部分，廢舊電路板中非金屬部分主要是由有機(jī)物組成，適合作為制備活性炭的原材料。目前活性炭的制備主要采用酸法或者堿法，堿法對設(shè)備的腐蝕性較大；酸法常采用磷酸，磷酸屬于中強(qiáng)酸，對儀器設(shè)備沒有腐蝕性，因此磷酸法是活性炭的傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的。磷酸在活性炭的制備過程中具有脫水和氧化的作用，但在反應(yīng)過程中會抑制焦油的形成和含碳有機(jī)物的揮發(fā)，使大量的有機(jī)物滯留在活性炭中，因此單純用磷酸制備的活性炭比表面積不高，吸附性能較差；為提高活性炭的性能，通常對活性炭進(jìn)行改性，一般的改性方法都是用酸，堿或者鹽對制備完的活性炭進(jìn)行二次改性，改性工藝流程較復(fù)雜，增加了生產(chǎn)成本，不適用于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中。中國專利文獻(xiàn)cn201110263588.6公開了一種活性炭的改性方法，包括如下步驟：(1)將活性炭進(jìn)行氧化預(yù)處理，得到表面含氧功能團(tuán)的活性炭；(2)將上述表面含氧功能團(tuán)的活性炭與化合物a反應(yīng)，得到引發(fā)劑改性的活性炭；(3)配置聚合體系，在50～90℃下進(jìn)行atrp聚合反應(yīng)；(4)分離提純，即可得到表面聚合物改性的活性炭。該改性方法的步驟較繁瑣，成本高，另外在改性過程加入了有機(jī)物，會造成有機(jī)物污染，不適用于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)。中國專利文獻(xiàn)201510453112.7公開了一種改性活性炭的制備方法及改性活性炭的應(yīng)用，屬于新材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
。首先將廢棄活性炭按照固液比為10～20：50～100g/ml加入到濃度為0.05～0.15mol/l的硝酸銅溶液中在室溫下浸漬4～12h，浸漬開始就開啟超聲波處理30～120min，將經(jīng)浸漬處理的廢棄活性炭過濾后，在微波功率為200～500w、焙燒溫度為700～900℃條件下焙燒10～30min制備得到改性活性炭。本發(fā)明以廢棄活性炭為原料，前期硝酸銅浸漬采用超聲波處理，后期高溫焙燒采用微波加熱，高效地讓活性炭表面負(fù)載銅。該方法是在活性炭表面引入特定金屬離子，負(fù)載在活性炭的孔內(nèi)和表面，堵塞一部分微孔，同時使一部分微孔變成中孔，從而造成微孔率降低；另外，該方法為兩步改性法，改性時間長，成本高，不利于應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種銅粉改性廢舊電路板活性炭的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種銅粉改性廢舊電路板活性炭的制備方法，包括步驟如下：(1)廢舊電路板通過靜電粉選后，篩選出金屬物，非金屬物粉碎過60～200目篩，得廢舊電路板粉末；(2)將銅粉加入到質(zhì)量濃度為30％～70％的h3po4溶液中混勻，然后加入廢舊電路板粉末，置于20～80℃下浸漬6～24小時；(3)將步驟(2)浸漬后的混合物置于管式爐中在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以8～20℃/min的升溫速率升溫至300～600℃，在300～600℃下恒溫反應(yīng)40～120min，冷卻至室溫后得到活性炭中間產(chǎn)物；(4)所得的活性炭中間產(chǎn)物用去離子水洗滌至濾液ph值為6～8，烘干后研磨過篩，即得銅粉改性活性炭。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中，h3po4溶液的質(zhì)量濃度40％～55％。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中，廢舊電路板粉末的加入量與h3po4溶液的質(zhì)量比為1：(1～4)，銅粉的加入量與廢舊電路板粉末的質(zhì)量比為：(0.1～1)：1。進(jìn)一步優(yōu)選的，廢舊電路板粉末的加入量與h3po4溶液的質(zhì)量比為1：(1～3)，銅粉的加入量與廢舊電路板粉末的質(zhì)量比為：(0.2～0.4)：1。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中浸漬溫度為40～50℃，浸漬時間優(yōu)選為：14～20小時。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中氮?dú)獾耐ㄈ胨俾蕿?.25～2l/min。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中的冷卻是在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行冷卻，氮?dú)獾耐ㄈ胨俾逝c反應(yīng)時通入的速率相同。本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中，反應(yīng)溫度為400～550℃，反應(yīng)時間為：50～80min，升溫速率為10～18℃/min。本發(fā)明制得的活性炭，比表面積可達(dá)707～801m2/g，在浸漬的過程中加入銅粉，能增大活性炭的比表面積，增大微孔率，大大縮短了改性時間，簡化了改性步驟。本發(fā)明意外發(fā)現(xiàn)，在制備過程中加入銅粉進(jìn)行改性，與只用h3po4活化相比有很大進(jìn)步。銅粉在潮濕的環(huán)境中容易被氧化，生成堿式碳酸銅(2cu+o2+h2o+co2＝＝cu2(oh)2co3)。因此在浸漬過程中，會有少量接觸空氣的銅粉氧化成堿式碳酸銅。銅鹽在活化過程中會促進(jìn)有機(jī)物脫水，阻止焦油的形成，利于開孔。磷酸在活化過程中起到酸催化的作用，磷酸進(jìn)入原料內(nèi)部，與有機(jī)物發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，加速有機(jī)物的分解。由于銅與磷酸不發(fā)生直接的化學(xué)反應(yīng)，銅粉的加入會單獨(dú)與廢舊電路板中的有機(jī)物成分作用。銅粉的粒度較小，隨著加熱溫度的升高，部分銅原子會存在電子不飽和現(xiàn)象，表現(xiàn)出電子接受傾向，這部分銅原子會與有機(jī)物結(jié)合生成絡(luò)合物，加速有機(jī)物的分解，在磷酸浸漬過程中加入銅粉，銅粉與磷酸協(xié)同提高了活性炭的比表面積，微孔率，銅鹽促進(jìn)有機(jī)物脫水，防止焦油形成，初步開孔，促使磷酸快速進(jìn)入原料內(nèi)部，磷酸在內(nèi)部分解有機(jī)物，銅鹽在外部提供分解的動力，兩者協(xié)同促進(jìn)孔的形成，得到的活性炭微孔發(fā)達(dá)，同時銅粉的加入量對活性炭比表面積有直接的影響。隨著銅粉投加量的增加，活性炭比表面積逐漸增大，在0.3g達(dá)到最大；當(dāng)投加量大于0.3g時，會使過多的銅粉因不能完全反應(yīng)而滯留在活性炭中，銅粉沒有孔結(jié)構(gòu)，從而造成比表面積的降低，因此，本發(fā)明銅粉的加入量是根據(jù)活性炭的比表面積及微孔占比是經(jīng)過無數(shù)次實(shí)驗(yàn)得到的。本發(fā)明所用原料及設(shè)備均為現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：1、本發(fā)明利用廢舊電路板中的非金屬部分為原料制備活性炭，實(shí)現(xiàn)了廢物資源化。2、本發(fā)明是在制備活性炭之前，將銅粉，磷酸和原料混合均勻，浸漬后直接燒制活性炭，制備工藝簡單，省去了二次改性的步驟，操作時間短。3、本發(fā)明制備的活性炭與只用磷酸制備的活性炭相比，孔隙更發(fā)達(dá)，比表面積更大707～801m2/g)。附圖說明圖1是對比例1和實(shí)施例2制得活性炭的掃描電鏡照片；其中，a為對比例1的活性炭的掃描電鏡照片，b為對比例1的活性炭的掃描電鏡照片。圖2是實(shí)施例2和對比例1制得的活性炭的孔徑分布圖。圖3是實(shí)施例2和對比例1制得的活性炭的n2吸脫附曲線圖。圖4是銅粉的投加量對活性炭比表面積的影響。具體實(shí)施方式下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。實(shí)施例1一種銅粉改性廢舊電路板活性炭的制備方法，步驟如下：(1)將廢舊電路中非金屬物粉碎后，過60目篩網(wǎng)；(2)將0.1g銅粉置于質(zhì)量濃度40％的h3po4溶液中混勻，隨后加入廢舊電路板粉末于20℃下浸漬8小時；廢舊電路板粉末的加入量與h3po4溶液的質(zhì)量比為1:1(g/g)；銅粉的加入量與廢舊電路板粉末的質(zhì)量比為：0.1：1。(3)步驟(2)浸漬后的混合物置于管式加熱爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以8℃/min的升溫速率升溫至400℃，于400℃活化50min，氮?dú)獾耐ㄈ胨俾蕿?.5l/min，停止加熱，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至室溫后取出，制得活性炭中間產(chǎn)物；(4)所得的活性炭中間產(chǎn)物去離子水洗滌至濾液ph值為7，過濾，置于110℃烘箱內(nèi)6小時，研磨過篩，即得銅粉改性活性炭。所制備的活性炭比表面積可達(dá)650m2/g。實(shí)施例2一種銅粉改性廢舊電路板活性炭的方法，步驟如下：(1)將廢舊電路中非金屬物粉碎后，過100目篩網(wǎng)；(2)將0.3g銅粉置于質(zhì)量濃度50％的h3po4溶液中混勻，隨后加入廢舊電路板粉末于40℃下浸漬13小時；廢舊電路板粉末的加入量與h3po4溶液的質(zhì)量比為1:2(g/g)；銅粉的加入量與廢舊電路板粉末的質(zhì)量比為：0.3：1。(3)步驟(2)浸漬后的混合物置于管式加熱爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以14℃/min的升溫速率升溫至450℃，于450℃活化80min，氮?dú)獾耐ㄈ胨俾蕿?.5l/min，停止加熱，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至室溫后取出，制得活性炭中間產(chǎn)物；(4)所得的活性炭中間產(chǎn)物去離子水洗滌至濾液ph值為7，過濾，置于110℃烘箱內(nèi)6小時，研磨過篩，即得銅粉改性活性炭。所得銅粉改性活性炭電鏡照片如圖1所示，孔徑分布如圖2所示，n2吸附脫附曲線如圖3所示，由圖1-3可知，所制備的銅粉改性活性炭孔徑發(fā)達(dá)，比表面積可達(dá)792m2/g。實(shí)施例3一種銅粉改性廢舊電路板活性炭的方法，具體步驟如下：(1)將廢舊電路中非金屬物粉碎后，過200目篩網(wǎng)；(2)將0.8g銅粉置于質(zhì)量濃度70％的h3po4溶液中混勻，隨后加入廢舊電路板粉末于80℃下浸漬24小時；廢舊電路板粉末的加入量與h3po4溶液的質(zhì)量比為1:3(g/g)；銅粉的加入量與廢舊電路板粉末的質(zhì)量比為：0.8：1。(3)步驟(2)浸漬后的混合物置于管式加熱爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以20℃/min的升溫速率升溫至600℃，于600℃活化120min，氮?dú)獾耐ㄈ胨俾蕿?l/min，停止加熱，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至室溫后取出，制得活性炭中間產(chǎn)物；(4)所得的活性炭中間產(chǎn)物去離子水洗滌至濾液ph值為7，過濾，置于110℃烘箱內(nèi)6小時，研磨過篩，即得銅粉改性活性炭，比表面積可達(dá)612m2/g。對比例1同實(shí)施例2所述的活性炭的制備方法，不同之處在于：步驟(2)浸漬中未加入銅粉，所制得的活性炭用于與實(shí)驗(yàn)例1的對比分析。實(shí)驗(yàn)例分別按現(xiàn)有技術(shù)測實(shí)施例1～3制得的銅粉改性活性炭及對比例1的活性炭的比表面積和微孔比例，結(jié)果如下表1所示：表1：比表面積及孔徑性能對比比表面積(m2/g)微孔比例(％)吸附平均孔徑(nm)實(shí)施例165070.93.05實(shí)施例279277.83.24實(shí)施例361265.33.11對比例141042.22.97通過表1的數(shù)據(jù)對比，本發(fā)明實(shí)施例1～3銅粉改性制備的活性炭比表面積較高，微孔率較高。而對比例1未加入銅粉，只是利用磷酸進(jìn)行活化所制得的活性炭比表面積及微孔率遠(yuǎn)小于本發(fā)明的炭。本發(fā)明通過在浸漬過程加入銅粉，利用銅粉和磷酸對廢舊電路板中的非金屬部分進(jìn)行活化，造孔率更高，微孔占比高，使有機(jī)物分解更徹底，制備出的活性炭孔隙更發(fā)達(dá)，比表面積更大，隨著銅粉投加量的增加，活性炭比表面積逐漸增大，在0.3g達(dá)到最大；當(dāng)投加量大于0.3g時，會使過多的銅粉因不能完全反應(yīng)而滯留在活性炭中，銅粉沒有孔結(jié)構(gòu)，從而造成比表面積的降低，銅粉的投加量對活性炭比表面積的影響見圖4，綜合考慮，本發(fā)明銅粉的加入量為0.2-0.4g，得到的活性大比表面積大，微孔占比最高。當(dāng)前第1頁12