废旧印刷线路板中金属的功能离子液体热解回收工艺研究

摘要

鉴于人们环境保护意识的日益增强、废旧印刷线路板的急剧增加以及相关绿色再资源化基础研究及应用技术的缺乏，亟需发展一种废旧印刷线路板再资源化的绿色工艺与方法。本论文在对废旧印刷线路板的结构和组成特性以及目前国际上用于处理废旧印刷线路板的主要技术方法深入分析的基础上，结合绿色环保溶剂离子液体的固有优势，提出了采用功能化离子液体热解法对废旧印刷线路板进行处理与资源化回收的研究思路。设计合成了几种适用于热解工艺、高温化学稳定的功能化离子液体，在有效提高离子液体对废旧印刷线路板的热解能力与对废旧印刷线路板中金属的浸出能力的基础上，大幅度提高离子液体循环使用次数和稳定性，降低废旧印刷线路板的再资源化运营成本。研究了废旧线路板的结构和组成特性、实验温度、添加原料的种类和含量与线路板中金属在离子液体中浸出量的关系；探讨了金属在离子液体中的热解浸出机理，进一步优化离子液体热解浸出工艺和方法，形成了一种废旧印刷线路板中金属的绿色环保再资源化工艺与方法。
　　本研究主要内容包括：⑴结合研究思路，选择合适的具有特定功能的材料，采用间接合成法，设计合成了几种含有烷基、磺酸基及羧甲基官能团的咪唑类功能离子液体。采用红外光谱、核磁共振波谱以及元素分析对所合成的离子液体的结构进行了表征，通过热重分析研究了实验温度对离子液体的化学稳定性的影响。⑵根据废旧线路板中焊锡的的结构和组成特性，采用[BMIM][BF4]离子液体对废旧印刷线路板上的焊锡进行热熔回收。研究了废旧印刷线路板的结构和组成特性，同时，确定热熔浸出的工艺参数，考察了线路板在不同热熔温度下对焊锡回收效果的影响。结果表明：在200℃条件下，使用该离子液体在机械搅拌作用下对废旧印刷线路板上的焊锡进行热熔回收既能使焊锡熔融脱落，又最大程度地保护线路板基板使之不发生热裂解，同时，焊锡的回收率在90%以上。⑶采用酸性离子液体对废旧印刷线路板中的金属进行热浸回收，探索不同种类离子液体和不同实验条件对金属收率的影响规律。研究了线路板材料的结构和组成特性、试验温度、各种添加原料的种类和含量与线路板中金属材料在离子液体中的浸出关系。结果表明，1-羧甲基-3-甲基咪唑硫酸氢盐功能化离子液体（[CM-MIM][HSO4]）对废旧印刷线路板中金属的回收效果优于其他酸性功能化离子液体；通过单因素分析法获得较优方案：酸性功能化离子液体浓度为90%，废旧印刷线路板粒度为≥0.5 mm，固液比为1:20，温度为80℃，反应时间为120 min，氧化剂含量为15%(v/v)。在该工艺条件下金属收率为31.63%。通过电子探针中的能谱分析，证明还原金属中含有98.33%的铜元素。⑷通过设计L25(56)正交实验，对功能离子液体的热解浸出工艺和方法进行了优化。综合考虑不同实验因素对线路板中金属收率的影响，运用直观分析法得到影响废旧印刷线路板中金属回收效果的各因素主次顺序：功能化离子液体浓度>固液比>反应温度>反应时间>废旧印刷线路板粒度>氧化剂含量；确定优方案为：功能化离子液体浓度为90%，废旧印刷线路板粒度为≥0.5 mm，固液比为1:30，反应温度为70℃，反应时间为150 min，氧化剂含量为5%(v/v)。在该工艺条件下金属收率为38.49%。通过电子探针中的能谱分析表明还原回收的金属中含有99.57%的铜元素。⑸综合考虑经济成本、可操作性等实际工业应用条件，结合回收方案和优化热解浸出工艺，形成了一种废旧印刷线路板中金属的绿色再资源化工艺与方法。废旧印刷线路板中金属回收技术的最佳工艺参数：酸性功能化离子液体浓度为70%，废旧印刷线路板粒度为≥0.5 mm，固液比为1:30，温度为80℃，反应时间为150 min，氧化剂含量为5%(v/v)。最优方案的金属收率达35.74%，回收金属中含有98.31%的铜。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 废旧印刷线路板的结构及组成

1.3 废旧印刷线路板再资源化研究现状

1.4 离子液体

1.5 溶液中金属离子的还原机理

1.6 课题研究意义和内容

1.7 课题的创新点

第二章 离子液体的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第三章 废旧印刷线路板中金属回收工艺探索

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 WPCBs再资源化利用的经济效益分析

3.5 WPCBs中金属回收的环保性能分析

3.6 WPCBs中金属回收的工艺路线

3.7 小结

第四章 废旧印刷线路板中金属热浸工艺优化研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

一、发表论文和专利

二、参与科研项目