一種導(dǎo)電高分子-支撐體復(fù)合材料、其制備方法及用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于導(dǎo)電高分子材料技術(shù)領(lǐng)域與電子廢棄物回收處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)電高分子-支撐體復(fù)合材料、其制備方法以及在廢棄物回收處理中的用途。
【背景技術(shù)】
[0002]許多廢棄物中富含金、銀、鈀、鉬等貴重金屬和稀有金屬，例如在電子廢棄物，尤其是廢舊印刷電路板中包含的金屬品位是普通原生礦石的幾十倍。因此，廢棄物中金屬資源的回收處理已成為國(guó)內(nèi)外金屬再生行業(yè)的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。
[0003]目前，廢棄物中金屬資源的回收處理方法應(yīng)用最多的是物理法和化學(xué)法相結(jié)合的方法，其中化學(xué)法多采用濕法冶金技術(shù)。具體為:將破碎后的廢棄物碎片通過酸性或堿性液體溶浸，浸出液再經(jīng)萃取、沉淀、置換、離子交換、電解、過濾以及蒸餾等一系列的處理過程，最終得到高純度的金屬。但是，該方法中，在金屬還原回收的過程中往往耗用大量的氟化物、氰化物等劇毒試劑并產(chǎn)生大量的酸堿廢液，如不采用妥善的辦法予以處理，將對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康造成了嚴(yán)重的污染和危害。
[0004]因此，如何綠色環(huán)保地回收處理廢棄物中的金屬資源，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和資源再生，是人類社會(huì)面臨的重要難題之一。聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等導(dǎo)電高分子具有本征導(dǎo)電性、環(huán)境穩(wěn)定性、溶液加工性和可逆氧化還原活性等特點(diǎn)。在酸性環(huán)境中，此類導(dǎo)電高分子主鏈上的雜原子(例如N、S原子等)可在各種本征氧化態(tài)及質(zhì)子化狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化，因此具有可逆氧化還原性。該性能可有效利用在金屬(例如金、銀、鉬、鈀、汞、銅、錫、鉻等)的回收過程中。即，將該可逆氧化還原作用與廢棄物酸浸取液中金屬離子的電化學(xué)還原反應(yīng)相耦合，即可實(shí)現(xiàn)金屬離子的自發(fā)吸附還原，從而實(shí)現(xiàn)該金屬離子的回收再利用。但是，這類導(dǎo)電高分子往往存在團(tuán)聚、粘連現(xiàn)象，影響了其實(shí)際吸附還原金屬離子的效率。
[0005]回收后高分子材料在金屬熔煉過程中分解為氣體排放，含酸廢液經(jīng)濃縮后可重復(fù)使用，將使環(huán)境污染問題得到有效控制。棉、麻織物以及鋸末、木屑等天然產(chǎn)物具有極大的比表面積，如將聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等導(dǎo)電高分子固定于棉紗、棉繩、麻繩、麻布、鋸末等天然產(chǎn)物表面，將有效地提高其吸收與富集貴重金屬離子的能力，進(jìn)一步提高從電子廢棄物的酸浸取液中回收貴重金屬的效率。此外，天然產(chǎn)物價(jià)格低廉、來源廣泛，利用廢舊衣服、包裝用布、廢舊麻袋、醫(yī)療廢物棉紗以及家具制造過程中產(chǎn)生的大量鋸末等廢棄物制備復(fù)合吸附材料，可以變廢為寶、造福環(huán)境。同時(shí)，此類天然吸附材料在金屬熔煉過程中迅速分解成無害氣體排入大氣，不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成任何影響。因此，導(dǎo)電高分子-天然產(chǎn)物復(fù)合吸附材料在電子廢棄物處理與再生金屬資源回收領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)前景和深遠(yuǎn)的社會(huì)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種導(dǎo)電高分子新材料，該材料有效避免了現(xiàn)有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等導(dǎo)電高分子材料的團(tuán)聚、粘連等問題，當(dāng)用于廢棄物中金屬元素的回收處理中時(shí)，具有較高的吸附還原能力。
[0007]本發(fā)明提供的導(dǎo)電高分子新材料為:一種導(dǎo)電高分子-支撐體復(fù)合材料，由導(dǎo)電高分子材料與支撐體材料構(gòu)成，所述的導(dǎo)電高分子材料以支撐體材料為載體，分散在支撐體材料表面；所述的導(dǎo)電高分子材料為聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩，以及它們的環(huán)取代衍生物、雜原子取代衍生物(即聚苯胺的環(huán)取代衍生物、雜原子取代衍生物，聚吡咯的環(huán)取代衍生物、雜原子取代衍生物，聚噻吩的環(huán)取代衍生物、雜原子取代衍生物)中的一種；所述的支撐體材料為布類、麻類、木屑類材料。
[0008]作為優(yōu)選，所述的導(dǎo)電高分子材料與支撐體材料的質(zhì)量比為1:100?1:10。
[0009]所述的支撐體材料尺寸為l*lcm2?10*10cm2。
[0010]所述的支撐體材料為天然農(nóng)作物加工產(chǎn)物，如布類、麻類、木屑類等加工而成的產(chǎn)物。例如，布類材料包括但不限于從廢舊衣物、包裝用布、醫(yī)療廢物棉紗等；麻類材料包括但不限于廢丨H麻袋、麻繩等；木屑類材料包括但不限于鋸末、枯枝末等。
[0011]所述的支撐體材料的尺寸不限，作為優(yōu)選，其直徑為Icm?10cm，例如該支撐體材料面積優(yōu)選為l*lcm2?10*10cm2。
[0012]本發(fā)明還提供了兩種制備該導(dǎo)電高分子-支撐體復(fù)合材料的方法，一種方法具體如下:
[0013](I)將聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及它們的環(huán)取代衍生物、雜原子取代衍生物中的一種所對(duì)應(yīng)的的單體，以及破碎后的支撐體材料溶于稀鹽酸中，使單體在支撐體材料表面發(fā)生聚合反應(yīng)，得到質(zhì)子化的導(dǎo)電高分子-支撐體固體產(chǎn)物；
[0014](2)將質(zhì)子化的導(dǎo)電高分子-支撐體固體產(chǎn)物利用氨水溶液去質(zhì)子化，剩余氨水用去離子水沖洗除去，然后真空干燥、破碎、篩分，得到導(dǎo)電高分子-支撐體復(fù)合材料。
[0015]上述反應(yīng)過程中，優(yōu)化的制備工藝如下:
[0016]所述的步驟(I)中，單體與支撐體材料的質(zhì)量比優(yōu)選為1:100?1:10 ;
[0017]所述的步驟(I)中，稀鹽酸的摩爾濃度優(yōu)選為0.1M?IM ;
[0018]所述的步驟(I)中，單體與稀鹽酸的體積比優(yōu)選為1:10?1:100 ;
[0019]所述的步驟(I)中，固液比優(yōu)選為1:1?1:10 ;
[0020]所述的步驟(2)中，氨水溶液的濃度優(yōu)選為0.1M?1M。
[0021]另一種方法具體如下:
[0022](I)將聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及它們的環(huán)取代衍生物、雜原子取代衍生物中的一種所對(duì)應(yīng)的的單體，以及破碎后的支撐體材料溶于稀鹽酸中，使單體發(fā)生聚合反應(yīng)，過濾分離后將固體產(chǎn)物用氨水沖洗去質(zhì)子化，再用去離子水沖洗以除剩余氨水，接著真空干燥、破碎、篩分，得到導(dǎo)電高分子材料；
[0023](2)將導(dǎo)電高分子材料、以及破碎后的支撐體材料溶于有機(jī)溶劑中，使導(dǎo)電高分子材料吸附在支撐體材料表面，然后過濾分離固體產(chǎn)物，再經(jīng)真空干燥、破碎、篩分，得到導(dǎo)電高分子-支撐體復(fù)合材料。
[0024]上述反應(yīng)過程中，優(yōu)化的制備工藝如下:
[0025]所述的步驟(I)中，稀鹽酸的摩爾濃度優(yōu)選為0.1M?IM ;
[0026]所述的步驟(I)中，單體與稀鹽酸的體積比優(yōu)選為1:10?1:100 ;
[0027]所述的步驟(I)中，氨水稀溶液的濃度優(yōu)選為0.1M?1M。
[0028]所述的步驟(2)中，固液比優(yōu)選為1:1?1:10 ;
[0029]所述的步驟(2)中，單體與支撐體材料的質(zhì)量比優(yōu)選為1:100?1:10 ;
[0030]綜上所述，本發(fā)明提供的復(fù)合材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，是以支撐體材料為載體，將聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及它們的環(huán)取代衍生物、雜原子取代衍生物中的一種導(dǎo)電高分子承載在該支撐體材料表面，因此有效避免了該導(dǎo)電高分子材料的團(tuán)聚、粘連等問題，增大了該導(dǎo)電高分子材料的比表面積；另一方面，由于該支撐體材料選用布類、麻類、木屑類等農(nóng)作物加工產(chǎn)物，其價(jià)格低廉，原料充足，大大降低了該導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的應(yīng)用成本，因此具有良好的應(yīng)用前景。
[0031]本發(fā)明提供的復(fù)合材料由于包含了聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及它們的環(huán)取代衍生物、雜原子取代衍生物等導(dǎo)電高分子，因此具有可逆電化學(xué)氧化還原性，能夠應(yīng)用在廢棄物中金屬(例如金、銀、鉬、鈀、汞、銅、錫、鉻等)的回收利用過程中。并且，與現(xiàn)有的導(dǎo)電高分子材料相比，該復(fù)合材料由于具有高的比表面積，因此能夠有效提高對(duì)金屬離子的吸附能力與還原能力。
[0032]其中，鉻、金、鈕、銀、鉬、萊、銅、錫的還原電位為:鉻(+1.330伏特，Cr2072- — Cr3+)、金(+0.930 伏特，AuCl4- — Au。)、鈀(+0.915 伏特，Pd2+ — Pd。)、銀(+0.800 伏特，Ag+ -Ag0),鉬(+0.758 伏特，PtCl42- — Pt。)、汞(+0.850 伏特，Hg2+ — Hg。(液態(tài)))、銅(+0.340 伏特，Cu2+ — Cu。)、鉻(+0.300 伏特，Cr6+ — 03+)、錫(+0.150 伏特，Sn2+ — Sn0)。
[0033]實(shí)驗(yàn)證實(shí)，利用本發(fā)明的導(dǎo)電高分子-支撐體復(fù)合材料吸附還原電子廢棄物酸浸取液中的金屬離子時(shí)，其回收效率更高。
[0034]利用本發(fā)明的導(dǎo)電高分子-支撐體復(fù)合材料回收廢棄物酸浸取液中金屬的方法如下:
[0035]將導(dǎo)電高分子-支撐體復(fù)合材料浸入包含金屬離子的廢棄物酸浸取液中，使其中的金屬離子被選擇性吸附在該復(fù)合材料表面，并將其還原為單質(zhì)金屬吸附在該復(fù)合材料表面，然后過濾分離，得到表面吸附單質(zhì)金屬的復(fù)合材料，最后將其置于熔煉爐中高溫熔煉，使復(fù)合材料分解為氣體回收，得到金屬單質(zhì)。
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