基本信息
- 项目名称：
- 废弃电路板的近临界水分解及再利用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 结合国外最新发展趋势和国内生产科研及工业实际，本课题以水为分解液，采用液相化学方法对废弃印刷电路板进行分解回收，使基体树脂降解为可溶性有机物，实现金属、增强纤维的再利用，研究基体树脂的近临界水分解规律和分解机理，为电路板的低成本、低污染回收奠定研究基础。
- 详细介绍：
- 具体项目方案如下： （1）电路板分解工艺的研究 选择废弃印刷电路板（主要是计算机的电路板）为对象，采用简单的极性试剂—水为分解介质，在一定的温度和压力下，使电路板基体树脂完全液化分解。 a 建立电路板的分解反应设备：在已有工作基础上，建立一套高温高压分解反应设备，能控制升温速率，可定期从反应釜抽取液相和气相分解产物。 b 电路板分解工艺研究：通过试验研究电路板的分解特性和分解产率；研究不同催化剂对电路板分解反应的影响，初步确立合适的分解工艺。 （2）基体树脂分解条件的优化。通过研究不同温度（180~350℃）、不同压力、不同投料比、不同反应时间、不同试样尺寸条件下基体树脂的分解特性和分解产率，探索基体树脂最大分解率的优化控制方法。 （3）对分解产物进行分离和表征。 对气相分解产物采用气相色谱仪分离检测；液相分解产物和固相分解产物经过过滤分离后分别采用红外光谱(FT-IR)、气质连用(GC-MS)、色质连用表征其化学组成和分子结构；采用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)表征分解过程中电路板表面形貌的变化以及固相分解产物的形貌；采用x射线能量色散谱(EDS)对固相分解产物的成份进行分析，主要是分析金属成份。 （4）探讨固相产物中金属和非金属的分离规律并确定适宜的工艺参数。 采用气流分选实现固相分解产物中金属与非金属(主要是增强纤维)的分离，探讨金属和非金属的分离规律并确定适宜的工艺参数。 （5）回收产物的再利用研究。 主要是对回收的增强纤维进行再利用研究，以回收到的增强纤维为增强材料，以新的环氧树脂为基体合成再生复合材料，测试再生复合材料的性能。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 近临界水法可以对不同种类的高分子废弃物同时进行解聚，省掉了对原料分离和分类的步骤，同时还具有成本低、不污染环境、资源回收率高、反应可控、速度快的特点，为实现废弃印刷电路板的资源化和环境无害化打开了新的道路。
科学性、先进性及独特之处
- 以水为反应溶剂，它无毒、无害、成本低、与许多反应物无需分离，减少了对环境的污染，同时大大降低了反应成本；反应在密闭系统中进行，反应速度快，且不污染环境；可以降低解聚反应温度，减少了热分解时发生的炭化现象，提高了油化率。可通过控制反应条件把废弃高分子材料降解成所需的产品。
应用价值和现实意义
- 本项目使用的近临界水分解法已在实验室中得到了初步的证实，其可行性很高。本项目的研究成果对治理环境污染，回收废弃资源，实现科学可持续发展和资源循环利用具有重大意义，同时对资源回收再生利用产业而言，具有广阔的应用前景和经济价值。
学术论文摘要
- Printed circuit boards (PCB) from waste computers were decomposed in water at a near-critical condition in a non-stirring tubular reactor, for the purpose of separating and recycling the organic and metallic materials and glass fibers. Experiments were devised in order to identify some significant process parameters that affect the decomposition rate of PCBs, including temperature, time, sample size and catalyst concentration.
获奖情况
- 已确定在2011年8月21-26日在韩国济州举办的第18届国际复合材料学术会议上以oral形式发表。
鉴定结果
- 本项目为本科生科技创新国家级项目，现已荣获和氏璧化工环保科技创意知识竞赛铜奖，获引航石化一等奖。
参考文献
- [1] J.E. Hoffmann, Recovering precious metals from electronic scrap, JOM, 44 (1992) 43-48. [2] EU, Direetlve2002/96EC of the European parliament and of the council of 27 January 2003 on waste electrical and electronic equipment(WEEE)-joint declaration of the European parliament，the council and the commission relating to article 9. Official Journal of the European Union，L037:24-39. [3] J.R. Cui, E. Forssberg, Mechanical recycling of waste electric and electronic equipment: a review, Journal of Hazardous Materials, B99 (2003) 243–263. [4] Menad N., Bjӧrkman B., Allain E. G., Combustion of plastics contained in electric and electronic scrap, Resources, Conservation and Recycling, 24(1998)65- 85. [5] Jia Li, Hongzhou Lu, Jie Guo, Zhenming Xu，Yaohe Zhou，Recycle Technology for Recovering Resources and Products from Waste Printed Circuit Boards，Environ. Sci. Technol., 41 (2007) 1995-2000.
同类课题研究水平概述
- 超临界水由于其成本低廉清洁环保的特点,一直深受研究者们的青睐。Raul Pinero-Hernanz等[47]研究了在超临界水和近临界水条件下碳纤维环氧树脂复合材料的分解情况，在加入氢氧化钾作催化剂的条件下的动了95.3%的基体树脂分解率，并且回收得到的碳纤维强度在原有的90-98%之间，可以直接进行再利用。 Chien[48]等用超临界水氧化处理废弃PCB，通过加入双氧水和碱液实现基体树脂完全分解，得到主要成分是铜的氧化物的残渣。徐敏等[49] 研究了临界水条件下对废弃电路板微粒的分解情况，使用粒径小于0.2mm的废弃电路板非金属粉末在近临界水（240-400℃）条件下分解，并对液相和固相产物进行了分析和表征。刘宇艳等在近临界水条件下直接对未经粉碎的废弃电路板进行了分解实验，研究了不同温度（180~350℃）、不同投料比、不同反应时间、不同试样尺寸、不同催化剂条件下环氧树脂为基体的电路板的分解特性、分解产率和分解产物，实验数据表明在反应温度300℃，试样电路板尺寸为 2×2 cm2时，添加盐酸作催化剂下反应1h,基本树脂分解率可达98.5%。
