利用微生物代谢产物浸取废弃印刷线路板中铜的研究

论文摘要

随着不断发展的信息技术和日益膨胀的市场需求,电子产品更新换代的速度加快,产生的电子废弃物呈急剧递增的趋势,被广泛应用于各种电子设备中的印刷线路板产生的废弃量显著增长。废弃印刷线路板中含有大量可回收利用的金属和部分稀贵金属,铜是其中的主要金属物质,对其进行合理的资源化,不仅可以弥补日益稀缺的铜资源,而且维护了环境的清洁和健康。本论文主要研究利用两种微生物的代谢产物浸取废弃印刷线路板粉末中的铜。在100ml液体发酵培养基中接种黑曲霉菌悬液,培养4d后,收集黑曲霉新陈代谢产生的有机酸,与粒径Φ＜0.2mm的废弃印刷线路板粉末以50g/L的浓度混合浸取24d,铜的累计浸取率可以达到90%。浸取液中的沉淀物经过X射线衍射分析可能为草酸铜。利用城市污水厂二沉池回流污泥作为菌株来源和培养基的主要成分,单质硫作为能源物质来驯化培养硫氧化细菌,将硫氧化细菌新陈代谢产生的酸化液用于浸取废弃印刷线路板粉末中的铜,这是一个全新的尝试,经过实验证明,这个方法是可行的。硫氧化细菌的最佳培养条件为:培养温度为30℃,单质硫与污泥的混合浓度为10g/L,硫氧化细菌接种液的接种量为20%,当单质硫与污泥混合体积为2000ml时,采用20L/h的曝气量来满足硫氧化细菌对空气的需求。当粒径Φ＜0.2mm的废弃印刷线路板粉末与硫氧化细菌产生的酸化液以100g/L的浓度混合浸取24d时,铜的累计浸取率可以达到93.25%。浸取液中的沉淀物经过X射线衍射分析可能为碱式硫酸铜。分离出浸取液中的溶液部分,采用LIX84I萃取剂萃取其中的铜,在单级萃取操作时,有机相中LIX84I浓度为15%、相比为1/1、萃取时间为4min、萃取温度为32℃、搅拌速度为300r/min、待萃液pH值为3.95,铜萃取率可以达到93%以上。经过实验证明,不管利用黑曲霉的代谢产物还是硫氧化细菌的代谢产物,只要有足够的时间,都可以将废弃印刷线路板粉末中的铜完全浸取出来,这可能是固态单质铜在潮湿环境中首先与空气中的氧气和二氧化碳作用,生成有价铜,然后再与酸进行反应进入溶液中,从而实现铜的浸取。但是,利用硫氧化细菌产生的酸化液浸取废弃印刷线路板粉末中的铜比利用黑曲霉代谢产物的效率高、成本低,是废弃印刷线路板中金属回收的一条很好的新途径,具有进一步深入研究的价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 电子废弃物概述
• 1.1.1 电子废弃物的概念
• 1.1.2 电子废弃物的分类
• 1.1.3 电子废弃物的特点
• 1.2 废弃印刷线路板概述
• 1.2.1 印刷线路板的构造及分类
• 1.2.2 废弃印刷线路板的组分分析
• 1.3 废弃印刷线路板金属的回收处理技术
• 1.3.1 火法冶金技术
• 1.3.2 湿法冶金技术
• 1.3.3 机械处理法回收技术
• 1.3.4 微生物法回收技术
• 1.4 微生物浸出电子废弃物
• 1.4.1 浸出电子废弃物中金属的常用微生物
• 1.4.2 微生物浸出电子废弃物的机理
• 1.4.3 微生物浸出电子废弃物的影响因素
• 1.4.4 微生物浸出电子废弃物的研究进展
• 1.5 研究目的、意义及内容
• 1.5.1 研究目的和意义
• 1.5.2 研究内容和实验方案
• 1.5.3 研究的创新性
• 第2章 微生物培养
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料
• 2.2.1 黑曲霉菌种来源及所用培养基
• 2.2.2 污泥
• 2.2.3 主要试剂与仪器设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 黑曲霉的培养
• 2.3.2 硫氧化细菌的驯化培养
• 2.4 分析测定方法
• 2.4.1 黑曲霉生长曲线的测定方法
• 2.4.2 污泥性质分析方法
• 2.4.3 酸化液 pH 值、ORP 值和硫酸盐含量的测定
• 2.5 结果与分析
• 2.5.1 黑曲霉生长曲线的测定
• 2.5.2 硫氧化细菌的驯化培养
• 2.6 本章小结
• 第3章 微生物代谢产物浸取废弃印刷线路板中铜的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料
• 3.2.1 废弃印刷线路板
• 3.2.2 主要试剂与仪器设备
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 废弃印刷线路板预处理
• 3.3.2 微生物代谢产物浸取废弃印刷线路板粉末中铜的研究
• 3.4 分析测定方法
• 3.4.1 浸取液 pH 值、ORP 值和铜含量的测定方法
• 3.4.2 浸取液的 X 射线衍射分析
• 3.5 结果与分析
• 3.5.1 废弃印刷线路板粉末金属组分分析
• 3.5.2 黑曲霉代谢产物浸取废弃印刷线路板粉末中铜的实验研究
• 3.5.3 硫氧化细菌代谢产物浸取铜的试验研究
• 3.5.4 两种浸取方法的比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 从浸取液中萃取铜的研究
• 4.1 引言
• 4.2 萃取的概念与基本原理
• 4.2.1 溶剂萃取
• 4.2.2 萃取的基本原理
• 4.3 实验材料与方法
• 4.3.1 待萃液
• 4.3.2 有机相的制备
• 4.3.3 主要仪器
• 4.3.4 萃取的方法
• 4.4 分析测定方法
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 有机相中 LIX84I 的浓度对萃取效果的影响
• 4.5.2 萃取相比对萃取效果的影响
• 4.5.3 萃取时间对萃取效果的影响
• 4.5.4 温度对萃取效果的影响
• 4.5.5 搅拌速度对萃取效果的影响
• 4.5.6 待萃液 pH 值对萃取效果的影响
• 4.5.7 待萃液铜离子浓度对萃取效果的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 创新点
• 5.3 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢