β-二酮的合成及其萃取回收PCB碱性蚀刻废液中铜的工艺研究

摘要

随着我国电子工业的迅速发展，印刷电路板(PCB)及其相关产业增长迅速。PCB蚀刻过程产生的大量蚀刻废液中铜和氨含量高，直接排放将会造成环境污染和资源浪费。研究从PCB蚀刻废液中回收铜，对保护环境和缓解铜资源供应紧张的状况具有重要意义。本文拟以异辛酸为原料，通过酯化和克莱生缩合反应合成了β-二酮，以β-二酮为萃取剂，研究从PCB碱性蚀刻废液中萃取回收铜。
　　 以H2SO4为催化剂，异辛酸和甲醇经过酯化合成异辛酸甲酯，研究了温度、物料配比和反应时间对产率的影响，在n（异辛酸）∶n（甲醇）=1∶2.5，异辛酸=16 mL，浓硫酸=3 mL，温度为120℃，反应时间为0.5 h的反应条件下，异辛酸甲酯产率为99％;以氢化钠为催化剂，异辛酸甲酯和氢化钠经过克莱生缩合合成了β-二酮，在氢化钠为5.0 g;6.5mL苯乙酮;摩尔比n(苯乙酮）∶n（辛酸甲酯）=1∶1.1;温度为170℃，反应时间为3h，β-二酮产率为68％。产物经IR和GC-MS鉴定，确定目标产物为异辛酸甲酯和β-二酮。
　　 以β-二酮为萃取剂，磺化煤油为稀释剂，从PCB碱性蚀刻液中萃取回收铜，研究了时间、pH值、相比、温度、萃取剂浓度和单级与多级萃取工艺对铜的萃取和反萃的影响。在β-二酮体积浓度为60％，O/A=2∶1，T=30℃，单级萃取率最大达54.8％，其饱和铜萃取量为64.03 g/L，萃取热效应为△H=8.95 kJ/mol，采用四级错流萃取和三级逆流萃取对铜的率分别为达95％和76％，多级萃取能显著提高铜的萃取率;通过对萃取液的反萃研究表明，在C(H2SO4)=3 mol/L，O/A=1∶1，T=60℃的条件下，铜的反萃率为99％;经过萃取回收铜以后的蚀刻液可返回蚀刻工序循环使用。

目录

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摘要

第一章 综述

1．1 铜工业发展面临问题

1．1．1 铜的用途

1．1．2 铜的资源现状

1．2 印刷线路板中铜的回收

1．2．1 PCB行业发展

1．2．2 PCB蚀刻机理

1．2．3 蚀刻液的污染

1．2．4 蚀刻废液的处理现状

1．2．5 蚀刻液的处理方法及评价

1．2．6 溶剂萃取法处理蚀刻废液的发展

1．3 溶剂萃取法

1．4 铜萃取剂

1．4．1 羟肟类

1．4．2 三元胺和季铵盐

1．4．3 β-二酮类萃取剂

1．4．4 新型萃取剂的研发

1．4．5 萃取剂的复配

1．5 β-二酮的应用

1．6 β-二酮的合成方法

1．7 论文研究意义及内容

第二章 实验部分

2．1 主要试剂与原料

2．2 实验仪器与设备

2．3 异辛酸甲酯合成方法

2．4 β-二酮的合成方法

2．5 合成产物的分析方法

2．5．1 定性分析

2．5．2 定量分析

2．6 产物的收率计算

2．7 萃取理论基础

2．7．1 萃取实验步骤

2．7．2 铜含量的测定

第三章 β-二酮的合成

3．1 β-二酮的合成路线

3．2 异辛酸甲酯的合成

3．2．1 加料顺序的影响

3．2．2 反应时间

3．2．3 不同配料比

3．2．4 反应温度

3．2．5 催化剂的用量

3．2．6 异辛酸甲酯的结构表征

3．3 萃取剂β-二酮的合成

3．3．1 克莱生(Claisen)缩合反应机理

3．3．2 β-二酮的合成

3．3．3 β-二酮的结构表征

3．4 本章小结

第四章 β-二酮萃取回收PCB碱性蚀刻废液中铜

4．1 β-二酮的萃取机理

4．2 萃取工艺研究

4．2．1 萃取动力学

4．2．2 浓度对萃取率的影响

4．2．3 相比对萃取率的影响

4．2．4 温度对萃取的影响

4．2．5 pH对萃取率的影响

4．2．6 饱和萃取量的测定

4．2．7 多级错流萃取

4．2．8 多级逆流萃取

4．3 PCB碱性蚀刻液萃取液的反萃

4．3．1 反萃时间对铜反萃率的影响

4．3．2 H2SO4浓度对反萃取率的影响

4．3．3 温度对反萃率的影响

4．3．4 相比对反萃率的影响

4．3．5 H2SO4饱和萃取量

4．4 萃取剂稳定性

4．4．1 萃取率稳定性能

4．4．2 萃取剂化合物稳定性能

4．4．3 萃取剂红外光谱研究

4．5 氨对萃取过程的影响

4．6 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要科研成果