微波辅助分解废线路板非金属材料技术研究

摘要

废线路板（Waste Printed Circuit Board，WPCB）中非金属材料是电子废弃物资源化处理的研究重点之一。WPCB属于危险废物，非金属材料约占WPCB总质量的70％~80％，其主要由环氧树脂、玻璃纤维和溴化阻燃剂等组成，具有较好的再生资源回收价值。目前，非金属材料资源化处理已成为电子废弃物领域的研究重点和热点，其无害化处理具有环境保护和资源利用的双重意义。传统的回收方法是焚烧和填埋，均对环境和人体有危害。相比物理法、热解法而言，采用化学法处理WPCB非金属材料能量消耗较少，处置过程不会产生有毒有害物质，使用溶剂可循环使用，不产生二次污染，因此化学法可能将成为WPCB非金属材料今后研究、发展的方向。本课题采用化学法溶解非金属材料可实现环氧树脂和玻璃纤维的有效分离，进而实现其高度资源化回收再利用。 本课题以WPCB非金属材料为研究对象，硝酸溶液作为溶解剂，采用微波辅助的化学方法展开研究。分别从分解实验、动力学及资源化回收三方面展开深入研究,具体如下： （1）分解实验部分主要采用单因素实验和正交实验（四因素三水平）对WPCB非金属材料的最佳分解工艺研究。主要影响因素是反应时间，反应温度，固液比，硝酸浓度及微波功率。结果表明：当硝酸浓度为7~9mol/L、反应时间为8~12h、反应温度80~90℃、固液比1∶5、微波功率300W时，其环氧树脂的分解率可以达到80%~90%。各个参数的影响因素顺序依次为：硝酸浓度＞温度＞时间＞固液比。 （2）采用收缩未反应芯模型对废线路板非金属材料分解进行动力学研究，结果表明：当采用微波加热时，其表观活化能和表观反应级数分别为50.96KJ/mol和2.04，而当采用油浴锅加热时，其表观活化能和表观反应级数分别为90.51KJ/mol和3.22，因此，采用微波作为加热条件有利于分解WPCB非金属材料。以微波作为加热条件时分解WPCB非金属材料的表观活化能和表观反应级数均低于油浴锅加热的方式，因此采用微波辅助的方式可以加快反应速率，提高反应分解率等。 （3）将回收的玻璃纤维、WPCB非金属材料作为增强材料，采用熔融共混的方法制备聚丙烯（PP）复合材料。结果表明：复合材料的弯曲、拉伸性能以及熔体流动速率均有所提升。选用回收的玻璃纤维作添加剂时，其弯曲强度和熔体流动速率最大增幅可分别达到58.4%和62.0%；选用非金属材料作添加剂时，其拉伸强度最大增幅可达到15.5%，因此合理分配使用WPCB非金属材料、回收的玻璃纤维作为PP增强填料，不但可以减轻危险废物对环境的压力，实现资源再利用，而且降低了复合材料成本。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2 WPCB非金属材料处理现状和特性

1.2.1 WPCB非金属材料处理现状

1.2.2 WPCB非金属材料的特性

1.3 WPCB非金属材料国内外研究处理现状

1.3.1 物理法

1.3.2 热解法

1.3.3 化学法

1.4微波加热技术

1.4.1微波加热

1.4.2微波加热原理及特点

1.4.3微波加热应用

1.5 存在问题的分析和课题的提出

1.6 本课题研究内容和路线

1.6.1研究内容

1.6.2研究技术路线

第二章 废线路板非金属材料理化性质分析

2.1实验样品及设备

2.2废线路板非金属材料理化性质分析方法

2.2.1 扫描电镜—能谱分析（SEM—EDS）

2.2.2热重分析

2.2.3 X射线荧光光谱分析（XRF）

2.2.4堆积密度分析

2.3废线路板非金属材料理化性质分析结果

2.3.1 SEM—EDS表征分析

2.3.2 XRF表征分析

2.3.3热重分析

2.3.4堆积密度

2.4本章小结

第三章 微波辅助分解WPCB非金属材料的工艺参数研究

3.1实验部分

3.1.1实验试剂

3.1.2实验仪器与设备

3.1.3实验方法

3.2单因素实验

3.2.1反应时间的影响

3.2.2反应温度的影响

3.2.3硝酸浓度的影响

3.2.4固液比的影响

3.2.5微波功率的影响

3.3正交实验

3.4本章小结

第四章 废线路板中非金属材料分解反应动力学研究

4.1实验部分

4.2实验设备及动力学原理

4.2.1实验设备

4.2.2实验方法

4.2.3固-液反应分解动力学

4.3传统加热分解WPCB非金属材料的表观活化能和反应级数

4.3.1实验设备

4.3.2实验方法

4.3.3分解反应的表观活化能

4.3.4分解反应的表观反应级数

4.4微波辅助分解WPCB非金属材料的表观活化能和反应级数

4.4.1实验方法

4.4.2分解反应的表观活化能

4.4.3分解反应的表观反应级数

4.5本章小结

第五章 微波辅助分解非金属材料的机理分析

5.1实验材料与方法

5.2液相产物分析

5.3回收产物的物性分析

5.3.1回收的固相产物玻璃纤维

5.3.2乙酸乙酯的再生

5.4本章小结

第六章 废线路板再生材料制备聚丙烯复合材料性能研究

6.1实验部分

6.1.1主要原材料

6.1.2设备及仪器

6.1.3试样制备

6.1.4性能测试

6.2原料分析

6.3复合材料力学性能分析

6.3.1拉伸试验

6.3.2弯曲试验

6.3.3冲击试验

6.3.4复合材料熔融指数影响

6.4复合材料缺口冲击断面

6.5本章小结

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢