專利名稱：一種選擇性吸附金離子的多孔碳材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用香蕉皮，制備含有-0H，-NH2等能絡(luò)合金離子功能基團(tuán)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(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著家用電器、手機(jī)和電腦等更新?lián)Q代的加速，產(chǎn)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(huì)效益，而且具有較好經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際從廢棄電子板回收金屬資源過程中，由于金、鉬等貴金屬的含量比銅、鉛、錫等金屬少很多，如果處理不當(dāng)，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(yōu)先分離并有效富集是金屬資源回收的關(guān)鍵。·采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(duì)金的吸附容量小，且對(duì)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(nóng)業(yè)垃圾，來源相當(dāng)豐富，價(jià)格低廉，同時(shí)含有大量的如-OH、-C00H、-NH2等有機(jī)基團(tuán)。文獻(xiàn)報(bào)道記載，利用其豐富的有機(jī)基團(tuán)，干燥后的香蕉皮可以用于吸附Cu2+、Pb2+和Cr2+等金屬離子和酚類化合物等有機(jī)物質(zhì)。同時(shí)，香蕉皮中含有具有還原性能的基團(tuán)，利用這些還原性物質(zhì)，可從香蕉皮中提取汁液，還原制備Au，Ag，Pt等納米粒子。香蕉皮還是制備多孔碳的極佳材料。香蕉皮是由大量生物細(xì)胞構(gòu)成的，通過化學(xué)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是利用香蕉皮的生物多孔性和豐富的有機(jī)基團(tuán)，控制碳化溫度，分解具有還原性的基團(tuán)(-C00H)，并破壞參與絡(luò)合其他金屬離子的有機(jī)基團(tuán)(多糖、蛋白質(zhì)等)，制備得到既包含有-oh、-nh2功能基團(tuán)，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(dá)到與其他金屬分離的目的。本發(fā)明解決的首要技術(shù)問題是，尋找合適的溫度及相關(guān)工藝，使香蕉皮中的還原性基團(tuán)和能夠絡(luò)合其他金屬的有機(jī)物在碳化過程中分解，而保留能夠絡(luò)合貴金屬的有機(jī)基團(tuán)，并制備得到具有巨大表面積的多孔碳材料。本發(fā)明采用的技術(shù)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制備得到將香蕉皮充分洗滌后置于烘箱中，在5(T80°C下烘干48 80小時(shí)后，用電動(dòng)粉碎機(jī)粉碎，采用100目的篩子篩分，得到香蕉皮粉末；香蕉皮粉末在氮?dú)鈿夥障碌墓苁綘t中，加熱至30(T50(TC溫度，碳化廣5 h，制備得到所述選擇性吸附金離子的多孔碳材料。所述氮?dú)鈿夥諆?yōu)選使用純度為99%的氮?dú)狻Ｋ鎏蓟臏囟葍?yōu)選為500°C。
所述管式爐中要保證充滿氮?dú)猓诓粩嗤ㄈ氲牡獨(dú)馇闆r下，氮?dú)獾倪M(jìn)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(chǎn)地的香蕉的表皮，它們都適用于本發(fā)明方案。本發(fā)明提供的選擇性吸附金離子的多孔碳材料可應(yīng)用于從廢棄電子線路板中回收金。具體的，所述應(yīng)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(qiáng)酸溶解，得到含金離子的金屬溶解液；(b)調(diào)節(jié)金屬溶解液的pH值為1_4(優(yōu)選調(diào)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(shí)后過濾，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(zhì)量用量以金屬溶解液的體積計(jì)為O. 1-5. Og/L (優(yōu)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，洗滌后過濾得到含Au [SC (NH2) 2] 2C1的溶液，濾餅為重新活化的多孔碳材料，用蒸餾水洗滌后可重復(fù)使用。所述步驟(a)中的強(qiáng)酸用以溶解金屬粉末，優(yōu)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(diào)節(jié)金屬溶解液的pH值可采用常用的鹽酸和氫氧化鈉溶液根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)節(jié)。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(shí)多孔碳也重新活化。通常攪拌時(shí)間為1(T30 h，濾渣與洗滌溶劑的質(zhì)量比為I :100 500。所述步驟(C)中，所述洗脫溶劑優(yōu)選為含有O. 7mol/L硫脲和2mol/L的HCl的混合溶液。洗脫后得到的含Au [SC (NH2) 2] 2C1的溶液，可以通過陽離子交換樹脂處理后采用硫代硫酸銨溶液洗脫，最后采用其他工藝條件制備純金，本領(lǐng)域技術(shù)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后，可采用超細(xì)粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，然后用高壓靜電分離機(jī)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(fā)明利用所制備的含有吸附金功能基團(tuán)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(diǎn)，有效地將金離子從電子線路板浸出液中回收；同時(shí)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(shí)現(xiàn)多孔碳材料的重新使用和金屬離子的富集。本發(fā)明以香蕉皮作為原料控制碳化溫度制備含有特定的功能基團(tuán)的多孔碳，不僅實(shí)現(xiàn)廢物利用，原料豐富，成本低廉；而且制備過程簡單，所得到的多孔碳材料具還有較高的比表面積。采用這種含有功能基團(tuán)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(dá)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，吸附劑也可重復(fù)利用。本發(fā)明利用農(nóng)業(yè)垃圾回收廢棄電子產(chǎn)品，整個(gè)回收過程不涉及劇毒物質(zhì)，具有環(huán)保優(yōu)勢(shì)，而且實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)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(shí)施例方式下面以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限與此實(shí)施例I :不同碳化溫度下多孔碳材料的制備與表征I.將國產(chǎn)芝麻蕉的香蕉皮泡在水池中用流動(dòng)水沖洗，將表面污物沖洗干凈后，采 用蒸餾水沖洗2遍。然后置于鼓風(fēng)干燥箱中，在80°C下烘48 h后，用電動(dòng)粉碎機(jī)粉碎，采用100目的篩子篩分，得到香蕉皮粉末。2.對(duì)所得到的香蕉皮粉末進(jìn)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(fā)階段；而在200-700°C溫度范圍，則是香蕉皮中半纖維素、纖維素、木質(zhì)素等多糖類物質(zhì)以及蛋白質(zhì)等生物質(zhì)的分裂和分解階段；700°C之后，香蕉皮的生物質(zhì)進(jìn)一步碳化，所內(nèi)存的有機(jī)基團(tuán)全部裂解。根據(jù)熱重分析測試結(jié)果，可以確定要保留一定的有機(jī)基團(tuán)，同時(shí)要得到較大表面的活性碳，香蕉皮碳化溫度應(yīng)該在200-700°C范圍內(nèi)選擇。3.稱取3份100 g步驟I得到的香蕉皮粉末，將香蕉皮粉末置于氮?dú)膺M(jìn)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.采用低溫氮?dú)馕摳椒椒y定香蕉皮碳化前后其比表面積與孔容，其測定的結(jié)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(quán)利要求
1.一種選擇性吸附金離子的多孔碳材料，其特征在于所述多孔碳材料按以下方法制備得到將香蕉皮充分洗滌后置于烘箱中，在5(T80°C下烘干4810小時(shí)后，用電動(dòng)粉碎機(jī)粉碎，采用100目的篩子篩分，得到香蕉皮粉末；香蕉皮粉末在氮?dú)鈿夥障碌墓苁綘t中，加熱至30(T50(TC溫度，碳化廣5 h，制備得到所述選擇性吸附金離子的多孔碳材料。
2.如權(quán)利要求I所述的選擇性吸附金離子的多孔碳材料，其特征在于所述氮?dú)鈿夥帐褂眉兌葹?9%的氮?dú)狻?br> 3.如權(quán)利要求I所述的選擇性吸附金離子的多孔碳材料，其特征在于所述碳化的溫度為 500。。。
4.如權(quán)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(yīng)用。
5.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于所述應(yīng)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(qiáng)酸溶解，得到含金離子的金屬溶解液； (b)調(diào)節(jié)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(shí)后過濾，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(zhì)量用量以金屬溶解液的體積計(jì)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，洗滌后過濾得到含Au[SC(NH2)2]2C1的溶液，濾餅為重新活化的多孔碳材料，用蒸餾水洗滌后可重復(fù)使用。
6.如權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于所述步驟(a)中的強(qiáng)酸為王水。
7.如權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于所述步驟(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(shí)間為1(T30 h，濾渣與洗滌溶劑的質(zhì)量比為I :10(Γ500。
8.如權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于所述步驟(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(fā)明公開了一種選擇性吸附金離子的多孔碳材料，按以下方法制備得到將香蕉皮充分洗滌后置于烘箱中，在50~80℃下烘干48~80 小時(shí)后，用電動(dòng)粉碎機(jī)粉碎，采用100目的篩子篩分，得到香蕉皮粉末；香蕉皮粉末在氮?dú)鈿夥障碌墓苁綘t中，加熱至300~500℃溫度，碳化1~5h，制備得到所述選擇性吸附金離子的多孔碳材料。本發(fā)明以香蕉皮作為原料控制碳化溫度制備含有特定的功能基團(tuán)的多孔碳，不僅實(shí)現(xiàn)廢物利用，原料豐富，成本低廉；而且制備過程簡單，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(dá)800 mg/g；而且通過簡單的洗脫即可得到含金溶液，吸附劑也可重復(fù)利用。
文檔編號(hào)B01J20/30GK102895952SQ20121036568
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者鄭華均, 王立敏 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)