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基本信息

項(xiàng)目名稱：
廢棄電路板的近臨界水分解及再利用研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
結(jié)合國(guó)外最新發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)科研及工業(yè)實(shí)際，本課題以水為分解液，采用液相化學(xué)方法對(duì)廢棄印刷電路板進(jìn)行分解回收，使基體樹脂降解為可溶性有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)金屬、增強(qiáng)纖維的再利用，研究基體樹脂的近臨界水分解規(guī)律和分解機(jī)理，為電路板的低成本、低污染回收奠定研究基礎(chǔ)。
詳細(xì)介紹：
具體項(xiàng)目方案如下： （1）電路板分解工藝的研究 選擇廢棄印刷電路板（主要是計(jì)算機(jī)的電路板）為對(duì)象，采用簡(jiǎn)單的極性試劑—水為分解介質(zhì)，在一定的溫度和壓力下，使電路板基體樹脂完全液化分解。 a 建立電路板的分解反應(yīng)設(shè)備：在已有工作基礎(chǔ)上，建立一套高溫高壓分解反應(yīng)設(shè)備，能控制升溫速率，可定期從反應(yīng)釜抽取液相和氣相分解產(chǎn)物。 b 電路板分解工藝研究：通過試驗(yàn)研究電路板的分解特性和分解產(chǎn)率；研究不同催化劑對(duì)電路板分解反應(yīng)的影響，初步確立合適的分解工藝。 （2）基體樹脂分解條件的優(yōu)化。通過研究不同溫度（180~350℃）、不同壓力、不同投料比、不同反應(yīng)時(shí)間、不同試樣尺寸條件下基體樹脂的分解特性和分解產(chǎn)率，探索基體樹脂最大分解率的優(yōu)化控制方法。 （3）對(duì)分解產(chǎn)物進(jìn)行分離和表征。 對(duì)氣相分解產(chǎn)物采用氣相色譜儀分離檢測(cè)；液相分解產(chǎn)物和固相分解產(chǎn)物經(jīng)過過濾分離后分別采用紅外光譜(FT-IR)、氣質(zhì)連用(GC-MS)、色質(zhì)連用表征其化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)；采用原子力顯微鏡(AFM)、掃描電鏡(SEM)表征分解過程中電路板表面形貌的變化以及固相分解產(chǎn)物的形貌；采用x射線能量色散譜(EDS)對(duì)固相分解產(chǎn)物的成份進(jìn)行分析，主要是分析金屬成份。 （4）探討固相產(chǎn)物中金屬和非金屬的分離規(guī)律并確定適宜的工藝參數(shù)。 采用氣流分選實(shí)現(xiàn)固相分解產(chǎn)物中金屬與非金屬(主要是增強(qiáng)纖維)的分離，探討金屬和非金屬的分離規(guī)律并確定適宜的工藝參數(shù)。 （5）回收產(chǎn)物的再利用研究。 主要是對(duì)回收的增強(qiáng)纖維進(jìn)行再利用研究，以回收到的增強(qiáng)纖維為增強(qiáng)材料，以新的環(huán)氧樹脂為基體合成再生復(fù)合材料，測(cè)試再生復(fù)合材料的性能。

作品圖片

  • 廢棄電路板的近臨界水分解及再利用研究
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  • 廢棄電路板的近臨界水分解及再利用研究

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

近臨界水法可以對(duì)不同種類的高分子廢棄物同時(shí)進(jìn)行解聚，省掉了對(duì)原料分離和分類的步驟，同時(shí)還具有成本低、不污染環(huán)境、資源回收率高、反應(yīng)可控、速度快的特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)廢棄印刷電路板的資源化和環(huán)境無害化打開了新的道路。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

以水為反應(yīng)溶劑，它無毒、無害、成本低、與許多反應(yīng)物無需分離，減少了對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)大大降低了反應(yīng)成本；反應(yīng)在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行，反應(yīng)速度快，且不污染環(huán)境；可以降低解聚反應(yīng)溫度，減少了熱分解時(shí)發(fā)生的炭化現(xiàn)象，提高了油化率。可通過控制反應(yīng)條件把廢棄高分子材料降解成所需的產(chǎn)品。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

本項(xiàng)目使用的近臨界水分解法已在實(shí)驗(yàn)室中得到了初步的證實(shí)，其可行性很高。本項(xiàng)目的研究成果對(duì)治理環(huán)境污染，回收廢棄資源，實(shí)現(xiàn)科學(xué)可持續(xù)發(fā)展和資源循環(huán)利用具有重大意義，同時(shí)對(duì)資源回收再生利用產(chǎn)業(yè)而言，具有廣闊的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

學(xué)術(shù)論文摘要

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.

獲獎(jiǎng)情況

已確定在2011年8月21-26日在韓國(guó)濟(jì)州舉辦的第18屆國(guó)際復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議上以oral形式發(fā)表。

鑒定結(jié)果

本項(xiàng)目為本科生科技創(chuàng)新國(guó)家級(jí)項(xiàng)目，現(xiàn)已榮獲和氏璧化工環(huán)?？萍紕?chuàng)意知識(shí)競(jìng)賽銅獎(jiǎng)，獲引航石化一等獎(jiǎng)。

參考文獻(xiàn)

[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., Bj?rkman 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.

同類課題研究水平概述

超臨界水由于其成本低廉清潔環(huán)保的特點(diǎn),一直深受研究者們的青睞。Raul Pinero-Hernanz等[47]研究了在超臨界水和近臨界水條件下碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的分解情況，在加入氫氧化鉀作催化劑的條件下的動(dòng)了95.3%的基體樹脂分解率，并且回收得到的碳纖維強(qiáng)度在原有的90-98%之間，可以直接進(jìn)行再利用。 Chien[48]等用超臨界水氧化處理廢棄PCB，通過加入雙氧水和堿液實(shí)現(xiàn)基體樹脂完全分解，得到主要成分是銅的氧化物的殘?jiān)?。徐敏等[49] 研究了臨界水條件下對(duì)廢棄電路板微粒的分解情況，使用粒徑小于0.2mm的廢棄電路板非金屬粉末在近臨界水（240-400℃）條件下分解，并對(duì)液相和固相產(chǎn)物進(jìn)行了分析和表征。劉宇艷等在近臨界水條件下直接對(duì)未經(jīng)粉碎的廢棄電路板進(jìn)行了分解實(shí)驗(yàn)，研究了不同溫度（180~350℃）、不同投料比、不同反應(yīng)時(shí)間、不同試樣尺寸、不同催化劑條件下環(huán)氧樹脂為基體的電路板的分解特性、分解產(chǎn)率和分解產(chǎn)物，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在反應(yīng)溫度300℃，試樣電路板尺寸為 2×2 cm2時(shí)，添加鹽酸作催化劑下反應(yīng)1h,基本樹脂分解率可達(dá)98.5%。
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