高位阻β-二酮合成及氨性蚀刻废液中铜萃取研究

论文摘要

随着印刷电路板（PCBs板）生产规模的迅速扩大,PCBs板生产过程中产生的含铜蚀刻废液与日俱增。由于萃取法对含铜蚀刻废液中的铜回收具有独特的优势而被广泛应用。因此,寻找到一种适合于氨性体系中铜萃取的稳定高效萃取剂具有重要意义。本文主要以苯乙酮以及十二烷基苯乙酮为原料,通过克莱森缩合反应合成了两种β-二酮的模型化合物4,4-二甲基-1-苯基戊-1,3-二酮及β-二酮目标产物4,4-二甲基-1-（4-十二烷基）苯基戊-1,3-二酮。研究了所合成化合物的红外光谱及核磁共振和质谱,根据波谱分析的结果确定了化合物的结构。通过萃取实验,研究了4,4-二甲基-1-（4-十二烷基）苯基戊-1,3-二酮为萃取剂时,萃取剂浓度、反应时间、温度、相比、pH对铜萃取率的影响。结果表明在高浓度的含铜蚀刻废液中,铜离子浓度是影响萃取的主要因素,温度和pH对铜的萃取率影响不大,萃取反应在2min内可以达平衡,萃取剂浓度越高,有机相中铜离子含量越高,相比增大,铜的萃取率随之增大。采用高位阻p-二酮（1-（4’十二烷基）苯基-3-叔丁基-1,3-丙二酮）（HR）作为萃取剂从模拟印刷电路板（PCBs）蚀刻废液中萃取铜。利用离子强度与萃取反应平衡常数的关系校正了模拟的萃取等温线,该模拟萃取等温线与实验测得萃取等温线基本相符。通过实验确定了萃取剂浓度、相比、萃取级数和反萃级数等萃取工艺参数。结果表明,在室温下对于铜离子浓度为112g/L、总氨浓度为7mol/L的模拟氨性蚀刻废液,其最优条件萃取条件为：萃取剂浓度为40%,相比为5：4,萃取时间为5min。在此最优条件下,经过一级萃取,蚀刻废液中铜离子浓度可降低至63.24g/L,能返回到电路板的生产中循环使用。用含铜30 g/L,硫酸浓度为180g/L的模拟废电解液对负载有机相进行反萃,相比（O/A）为1∶2,经一级反萃,铜的反萃率可达98.27%,并利用所得的反萃液电积得到金属铜,电流效率为91.73%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 碱性蚀刻废液产生的机理
• 1.3 碱性蚀刻废液的综合利用
• 1.3.1 化学沉淀法
• 1.3.2 浮选法
• 1.3.3 离子交换法
• 1.3.4 物理法
• 1.3.5 离子交换膜法
• 1.3.6 萃取法
• 1.4 铜的萃取剂
• 1.4.1 羟肟类萃取剂
• 1.4.2 喹啉萃取剂
• 1.4.3 β-二酮类萃取剂
• 1.4.4 胺类萃取剂
• 1.4.5 复配类萃取剂
• 1.4.6 新开发的萃取剂
• 1.5 本实验的目的和内容
• 第二章 高位阻β-二酮萃取剂的合成
• 2.1 高位阻β-二酮合成路线的确定
• 2.2 实验主要仪器及试剂
• 2.2.1 实验主要仪器
• 2.2.2 试验主要试剂
• 2.3 高位阻β-二酮及其中间体的合成
• 2.3.1 特戊酸甲酯的制备
• 2.3.2 对十二烷基苯乙酮的合成
• 2.3.3 模型化合物4,4-二甲基-1-苯基戊-1,3-二酮的合成
• 2.3.4 高位阻β-二酮4,4-二甲基-1-（4-十二烷基）苯基戊-1,3-二酮的合成
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 甲醇加入量对特戊酸甲酯收率的影响
• 2.4.2 冷凝馏出物的回收对特戊酸甲酯产物收率的影响
• 2.4.3 溶剂、催化剂的选择对目标化合物收率的影响
• 2.4.4 溶剂预处理方法的影响
• 2.4.5 加料方式的影响
• 2.4.6 反应时间对目标化合物收率的影响
• 2.4.7 4,4-二甲基-1-（4-十二烷基）苯基戊-1,3-二酮合成的实验室放大试验结果
• 2.4.8 4,4-二甲基-1-（4-十二烷基）苯基戊-1,3-二酮合成流程物料衡算数据
• 2.5 本章小结
• 第三章 合成化合物的结构表征
• 3.1 所合成化合物的物理性质
• 3.2 化合物的红外图谱及解析
• 3.2.1 特戊酸甲酯的红外光谱分析
• 3.2.2 对十二烷基苯乙酮红外光谱分析
• 3.2.3 目标化合物和模型化合物的红外光谱分析
• 3.3 模型化合物1H-NMR研究
• 3.4 化合物的质谱分析
• 3.4.1 4,4-二甲基-1-苯基戊-1,3-二酮的质谱分析
• 3.4.2 4,4-二甲基-1-（4-十二烷基）苯基戊-1,3-二酮质谱分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 高位阻β-二酮萃取氨性铜蚀刻废液研究
• 4.1 萃取实验仪器和试剂
• 4.1.1 实验仪器
• 4.1.2 实验试剂
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 萃取原理
• 2+浓度的测定'>4.2.2 Cu²⁺浓度的测定
• 4.2.3 溶液配制
• 4.2.4 萃取等温线
• 4.2.5 反萃实验
• 4.2.6 反萃等温线
• 4.3 单因素萃取实验
• 4.3.1 萃取平衡时间
• 4.3.2 萃取剂浓度的影响
• 4.3.3 油相比（O/A）对铜萃取的影响
• 4.3.4 温度对萃取效率影响
• 4.3.5 pH值对萃取效率的影响实验
• 4.4 高位阻β-二酮的萃取工艺研究
• 4.4.1 萃取等温线
• 4.4.2 萃取等温线的模拟及化学模型
• 4.4.3 硫酸浓度对反萃铜的影响
• 4.4.4 反萃等温线及反萃级数的确定
• 4.5 反萃溶液的电积
• 4.6 本章结论
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果