一種選擇性吸附金離子的多孔碳材料及其製備方法和應用的製作方法

2023-05-15 03:26:06 1

專利名稱：一種選擇性吸附金離子的多孔碳材料及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用香蕉皮，製備含有-0H，-NH2等能絡合金離子功能基團且具備較高比表面積的多孔碳，及其從廢棄電子線路板中提取金離子的應用。
背景技術：
隨著家用電器、手機和電腦等更新換代的加速，產生了大量的廢棄電子線路板。而廢棄的電子線路板中含有豐富的金屬資源，如鉛、錫、銅、鐵、鎳，金，鈀等，特別是金、鉬、鈀等貴金屬的含量比礦石中的含量高10-100倍。因此，從廢棄電子線路板中回收金屬資源，不僅具有較好的社會效益，而且具有較好經濟效益。在實際從廢棄電子板回收金屬資源過程中，由於金、鉬等貴金屬的含量比銅、鉛、錫等金屬少很多，如果處理不當，很容易在回收過程中流失。如何將金屬金、鉬、鈀等貴金屬與其他金屬優先分離並有效富集是金屬資源回收的關鍵。·採用活性碳吸附是從廢棄電子線路板中回收金的常用方法。但一般的活性炭對金的吸附容量小，且對線路板中常見的銅、鐵、鎳、錫、鉛等金屬離子的選擇性差。香蕉皮作為一種農業垃圾，來源相當豐富，價格低廉，同時含有大量的如-OH、-C00H、-NH2等有機基團。文獻報導記載，利用其豐富的有機基團，乾燥後的香蕉皮可以用於吸附Cu2+、Pb2+和Cr2+等金屬離子和酚類化合物等有機物質。同時，香蕉皮中含有具有還原性能的基團，利用這些還原性物質，可從香蕉皮中提取汁液，還原製備Au，Ag，Pt等納米粒子。香蕉皮還是製備多孔碳的極佳材料。香蕉皮是由大量生物細胞構成的，通過化學活性劑的刻蝕和一定溫度下的碳化，能夠得到比表面積很大的多孔碳材料。

發明內容
本發明是利用香蕉皮的生物多孔性和豐富的有機基團，控制碳化溫度，分解具有還原性的基團(-C00H)，並破壞參與絡合其他金屬離子的有機基團(多糖、蛋白質等)，製備得到既包含有-oh、-nh2功能基團，又具有較大的比表面積的多孔碳材料。利用該多孔碳材料，來選擇性地吸附從廢棄電子線路板浸出的金離子，達到與其他金屬分離的目的。本發明解決的首要技術問題是，尋找合適的溫度及相關工藝，使香蕉皮中的還原性基團和能夠絡合其他金屬的有機物在碳化過程中分解，而保留能夠絡合貴金屬的有機基團，並製備得到具有巨大表面積的多孔碳材料。本發明採用的技術方案是一種選擇性吸附金離子的多孔碳材料，所述多孔碳材料按以下方法製備得到將香蕉皮充分洗滌後置於烘箱中，在5(T80°C下烘乾48 80小時後，用電動粉碎機粉碎，採用100目的篩子篩分，得到香蕉皮粉末；香蕉皮粉末在氮氣氣氛下的管式爐中，加熱至30(T50(TC溫度，碳化廣5 h，製備得到所述選擇性吸附金離子的多孔碳材料。所述氮氣氣氛優選使用純度為99%的氮氣。所述碳化的溫度優選為500°C。
所述管式爐中要保證充滿氮氣，在不斷通入的氮氣情況下，氮氣的進氣速率通常為 O.I I L / min。所述管式爐中從室溫升溫至30(T500°C的升溫速率一般控制在1 20°C /分。所述香蕉皮可選用任意品種或產地的香蕉的表皮，它們都適用於本發明方案。本發明提供的選擇性吸附金離子的多孔碳材料可應用於從廢棄電子線路板中回收金。具體的，所述應用的方法為(a)將廢棄電子線路板粉碎，通過磁選分離得到金屬粉末和非金屬粉末，將金屬粉末用強酸溶解，得到含金離子的金屬溶解液；(b)調節金屬溶解液的pH值為1_4(優選調pH值為2. 5)，將多孔碳材料放入金屬·溶解液中，室溫下攪拌1飛小時後過濾，得到濾液和濾渣，濾渣即為吸附有金離子的多孔碳材料；所述多孔碳材料的質量用量以金屬溶解液的體積計為O. 1-5. Og/L (優選f 2g/L);(c)濾渣用洗滌溶劑充分洗滌，所述洗脫溶劑為含有O. 7 lmol/L硫脲和2"3mol/L的HCl的混合溶液，洗滌後過濾得到含Au [SC (NH2) 2] 2C1的溶液，濾餅為重新活化的多孔碳材料，用蒸餾水洗滌後可重複使用。所述步驟(a)中的強酸用以溶解金屬粉末，優選使用王水，王水即濃硝酸與濃鹽酸以體積比1:3混合的混合酸。所述步驟(b)中調節金屬溶解液的pH值可採用常用的鹽酸和氫氧化鈉溶液根據實際情況來調節。所述步驟(C)中的洗滌是將濾渣加入洗滌溶劑中充分混合攪拌，使得吸附在濾渣上的金離子脫附，同時多孔碳也重新活化。通常攪拌時間為1(T30 h，濾渣與洗滌溶劑的質量比為I :100 500。所述步驟(C)中，所述洗脫溶劑優選為含有O. 7mol/L硫脲和2mol/L的HCl的混合溶液。洗脫後得到的含Au [SC (NH2) 2] 2C1的溶液，可以通過陽離子交換樹脂處理後採用硫代硫酸銨溶液洗脫，最後採用其他工藝條件製備純金，本領域技術人員公知其處理方法。在上述回收方法中，將廢棄電子線路板破碎後，可採用超細粉碎機進行粉碎，然後用高壓靜電分離機分離得到以玻璃纖維、樹脂為主的非金屬粉末和以銅、錫、鉛、金等為主的金屬粉末。本發明利用所製備的含有吸附金功能基團的多孔碳材料在一定的酸性條件下能選擇性地吸附金離子，而不吸附其他賤金屬離子(如，銅、鎳、鉛等)的特點，有效地將金離子從電子線路板浸出液中回收；同時通過洗脫溶液洗脫吸附有金的多孔碳材料，使金離子從多孔碳材料上脫附，實現多孔碳材料的重新使用和金屬離子的富集。本發明以香蕉皮作為原料控制碳化溫度製備含有特定的功能基團的多孔碳，不僅實現廢物利用，原料豐富，成本低廉；而且製備過程簡單，所得到的多孔碳材料具還有較高的比表面積。採用這種含有功能基團的多孔碳材料作為吸附劑來選擇性吸附金，其吸附容量高達800 mg/g ;而且通過簡單的洗脫即可得到高純度的AuCl3或含金溶液，吸附劑也可重複利用。本發明利用農業垃圾回收廢棄電子產品，整個回收過程不涉及劇毒物質，具有環保優勢，而且實現了農業垃圾的廢物利用。


圖I香蕉皮粉末的熱重分析2香蕉皮粉末和在300、500、700°C溫度下碳化所得多孔碳材料的紅外光譜圖。
具體實施例方式下面以具體實施例對本發明的具體技術方案作進一步的說明，但本發明的保護範圍不局限與此實施例I :不同碳化溫度下多孔碳材料的製備與表徵I.將國產芝麻蕉的香蕉皮泡在水池中用流動水衝洗，將表面汙物衝洗乾淨後，採 用蒸餾水衝洗2遍。然後置於鼓風乾燥箱中，在80°C下烘48 h後，用電動粉碎機粉碎，採用100目的篩子篩分，得到香蕉皮粉末。2.對所得到的香蕉皮粉末進行熱重性能分析，香蕉皮粉末的熱重分析如圖I所示。從圖I中可以看出，50-200°C是殘留在香蕉皮中水份蒸發階段；而在200-700°C溫度範圍，則是香蕉皮中半纖維素、纖維素、木質素等多糖類物質以及蛋白質等生物質的分裂和分解階段；700°C之後，香蕉皮的生物質進一步碳化，所內存的有機基團全部裂解。根據熱重分析測試結果，可以確定要保留一定的有機基團，同時要得到較大表面的活性碳，香蕉皮碳化溫度應該在200-700°C範圍內選擇。3.稱取3份100 g步驟I得到的香蕉皮粉末，將香蕉皮粉末置於氮氣進氣速率為O. 20 L / min的管式爐中，分別在300°C、500°C、70(rC溫度下碳化4 h，升溫速率控制在5V /分，最終分別得到58g、37 g、31g多孔碳材料。4.採用低溫氮氣吸脫附方法測定香蕉皮碳化前後其比表面積與孔容，其測定的結果見表I。從表I可以看到初始的香蕉皮粉末、300°c、500°c、70(rc溫度下碳化得到的多孔碳材料其比表面積分別為I. 79,3. 98,6. 97,7. 12 m2/g，總孔容分別為O. 003,0. 009,0. 017、O. 019 m3/g。表I :香蕉皮粉末和多孔碳材料的比表面積和孔容
權利要求
1.一種選擇性吸附金離子的多孔碳材料，其特徵在於所述多孔碳材料按以下方法製備得到將香蕉皮充分洗滌後置於烘箱中，在5(T80°C下烘乾4810小時後，用電動粉碎機粉碎，採用100目的篩子篩分，得到香蕉皮粉末；香蕉皮粉末在氮氣氣氛下的管式爐中，加熱至30(T50(TC溫度，碳化廣5 h，製備得到所述選擇性吸附金離子的多孔碳材料。
2.如權利要求I所述的選擇性吸附金離子的多孔碳材料，其特徵在於所述氮氣氣氛使用純度為99%的氮氣。
3.如權利要求I所述的選擇性吸附金離子的多孔碳材料，其特徵在於所述碳化的溫度為 500。。。
4.如權利要求I所述的選擇性吸附金離子的多孔碳材料在從廢棄電子線路板中回收金的應用。
5.如權利要求4所述的應用，其特徵在於所述應用的方法為 (a)將廢棄電子線路板粉碎，通過磁選分離得到金屬粉末和非金屬粉末，將金屬粉末用強酸溶解，得到含金離子的金屬溶解液； (b)調節金屬溶解液的pH值為1-4，將多孔碳材料放入金屬溶解液中，室溫下攪拌1飛小時後過濾，得到濾液和濾渣，濾渣即為吸附有金離子的多孔碳材料；所述多孔碳材料的質量用量以金屬溶解液的體積計為O. 1-5. Og/L; (c)濾渣用洗滌溶劑充分洗滌，所述洗脫溶劑為含有O.7 lmol/L硫脲和2 3mol/L的HCl的混合溶液，洗滌後過濾得到含Au[SC(NH2)2]2C1的溶液，濾餅為重新活化的多孔碳材料，用蒸餾水洗滌後可重複使用。
6.如權利要求5所述的應用，其特徵在於所述步驟(a)中的強酸為王水。
7.如權利要求5所述的應用，其特徵在於所述步驟(c)中的洗滌是將濾渣加入洗滌溶劑中充分混合攪拌，攪拌時間為1(T30 h，濾渣與洗滌溶劑的質量比為I :10(Γ500。
8.如權利要求5所述的應用，其特徵在於所述步驟(c)中，所述洗脫溶劑為含有O.7mol/L硫脲和2mol/L的HCl的混合溶液。
全文摘要
本發明公開了一種選擇性吸附金離子的多孔碳材料，按以下方法製備得到將香蕉皮充分洗滌後置於烘箱中，在50~80℃下烘乾48~80 小時後，用電動粉碎機粉碎，採用100目的篩子篩分，得到香蕉皮粉末；香蕉皮粉末在氮氣氣氛下的管式爐中，加熱至300~500℃溫度，碳化1~5h，製備得到所述選擇性吸附金離子的多孔碳材料。本發明以香蕉皮作為原料控制碳化溫度製備含有特定的功能基團的多孔碳，不僅實現廢物利用，原料豐富，成本低廉；而且製備過程簡單，所得到的多孔碳材料作為吸附劑來選擇性吸附金，其吸附容量高達800 mg/g；而且通過簡單的洗脫即可得到含金溶液，吸附劑也可重複利用。
文檔編號B01J20/30GK102895952SQ20121036568
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者鄭華均, 王立敏 申請人:浙江工業大學