专利名称：一种选择性吸附金离子的多孔碳材料及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用香蕉皮，制备含有-0H，-NH2等能络合金离子功能基团且具备较高比表面积的多孔碳，及其从废弃电子线路板中提取金离子的应用。
背景技术：
随着家用电器、手机和电脑等更新换代的加速，产生了大量的废弃电子线路板。而废弃的电子线路板中含有丰富的金属资源，如铅、锡、铜、铁、镍，金，钯等，特别是金、钼、钯等贵金属的含量比矿石中的含量高10-100倍。因此，从废弃电子线路板中回收金属资源，不仅具有较好的社会效益，而且具有较好经济效益。在实际从废弃电子板回收金属资源过程中，由于金、钼等贵金属的含量比铜、铅、锡等金属少很多，如果处理不当，很容易在回收过程中流失。如何将金属金、钼、钯等贵金属与其他金属优先分离并有效富集是金属资源回收的关键。·采用活性碳吸附是从废弃电子线路板中回收金的常用方法。但一般的活性炭对金的吸附容量小，且对线路板中常见的铜、铁、镍、锡、铅等金属离子的选择性差。香蕉皮作为一种农业垃圾，来源相当丰富，价格低廉，同时含有大量的如-OH、-C00H、-NH2等有机基团。文献报道记载，利用其丰富的有机基团，干燥后的香蕉皮可以用于吸附Cu2+、Pb2+和Cr2+等金属离子和酚类化合物等有机物质。同时，香蕉皮中含有具有还原性能的基团，利用这些还原性物质，可从香蕉皮中提取汁液，还原制备Au，Ag，Pt等纳米粒子。香蕉皮还是制备多孔碳的极佳材料。香蕉皮是由大量生物细胞构成的，通过化学活性剂的刻蚀和一定温度下的碳化，能够得到比表面积很大的多孔碳材料。
发明内容
本发明是利用香蕉皮的生物多孔性和丰富的有机基团，控制碳化温度，分解具有还原性的基团(-C00H)，并破坏参与络合其他金属离子的有机基团(多糖、蛋白质等)，制备得到既包含有-oh、-nh2功能基团，又具有较大的比表面积的多孔碳材料。利用该多孔碳材料，来选择性地吸附从废弃电子线路板浸出的金离子，达到与其他金属分离的目的。本发明解决的首要技术问题是，寻找合适的温度及相关工艺，使香蕉皮中的还原性基团和能够络合其他金属的有机物在碳化过程中分解，而保留能够络合贵金属的有机基团，并制备得到具有巨大表面积的多孔碳材料。本发明采用的技术方案是一种选择性吸附金离子的多孔碳材料，所述多孔碳材料按以下方法制备得到将香蕉皮充分洗涤后置于烘箱中，在5(T80°C下烘干48 80小时后，用电动粉碎机粉碎，采用100目的筛子筛分，得到香蕉皮粉末；香蕉皮粉末在氮气气氛下的管式炉中，加热至30(T50(TC温度，碳化广5 h，制备得到所述选择性吸附金离子的多孔碳材料。所述氮气气氛优选使用纯度为99%的氮气。所述碳化的温度优选为500°C。
所述管式炉中要保证充满氮气，在不断通入的氮气情况下，氮气的进气速率通常为 O.I I L / min。所述管式炉中从室温升温至30(T500°C的升温速率一般控制在1 20°C /分。所述香蕉皮可选用任意品种或产地的香蕉的表皮，它们都适用于本发明方案。本发明提供的选择性吸附金离子的多孔碳材料可应用于从废弃电子线路板中回收金。具体的，所述应用的方法为(a)将废弃电子线路板粉碎，通过磁选分离得到金属粉末和非金属粉末，将金属粉末用强酸溶解，得到含金离子的金属溶解液；(b)调节金属溶解液的pH值为1_4(优选调pH值为2. 5)，将多孔碳材料放入金属·溶解液中，室温下搅拌1飞小时后过滤，得到滤液和滤渣，滤渣即为吸附有金离子的多孔碳材料；所述多孔碳材料的质量用量以金属溶解液的体积计为O. 1-5. Og/L (优选f 2g/L);(c)滤渣用洗涤溶剂充分洗涤，所述洗脱溶剂为含有O. 7 lmol/L硫脲和2"3mol/L的HCl的混合溶液，洗涤后过滤得到含Au [SC (NH2) 2] 2C1的溶液，滤饼为重新活化的多孔碳材料，用蒸馏水洗涤后可重复使用。所述步骤(a)中的强酸用以溶解金属粉末，优选使用王水，王水即浓硝酸与浓盐酸以体积比1:3混合的混合酸。所述步骤(b)中调节金属溶解液的pH值可采用常用的盐酸和氢氧化钠溶液根据实际情况来调节。所述步骤(C)中的洗涤是将滤渣加入洗涤溶剂中充分混合搅拌，使得吸附在滤渣上的金离子脱附，同时多孔碳也重新活化。通常搅拌时间为1(T30 h，滤渣与洗涤溶剂的质量比为I :100 500。所述步骤(C)中，所述洗脱溶剂优选为含有O. 7mol/L硫脲和2mol/L的HCl的混合溶液。洗脱后得到的含Au [SC (NH2) 2] 2C1的溶液，可以通过阳离子交换树脂处理后采用硫代硫酸铵溶液洗脱，最后采用其他工艺条件制备纯金，本领域技术人员公知其处理方法。在上述回收方法中，将废弃电子线路板破碎后，可采用超细粉碎机进行粉碎，然后用高压静电分离机分离得到以玻璃纤维、树脂为主的非金属粉末和以铜、锡、铅、金等为主的金属粉末。本发明利用所制备的含有吸附金功能基团的多孔碳材料在一定的酸性条件下能选择性地吸附金离子，而不吸附其他贱金属离子(如，铜、镍、铅等)的特点，有效地将金离子从电子线路板浸出液中回收；同时通过洗脱溶液洗脱吸附有金的多孔碳材料，使金离子从多孔碳材料上脱附，实现多孔碳材料的重新使用和金属离子的富集。本发明以香蕉皮作为原料控制碳化温度制备含有特定的功能基团的多孔碳，不仅实现废物利用，原料丰富，成本低廉；而且制备过程简单，所得到的多孔碳材料具还有较高的比表面积。采用这种含有功能基团的多孔碳材料作为吸附剂来选择性吸附金，其吸附容量高达800 mg/g ;而且通过简单的洗脱即可得到高纯度的AuCl3或含金溶液，吸附剂也可重复利用。本发明利用农业垃圾回收废弃电子产品，整个回收过程不涉及剧毒物质，具有环保优势，而且实现了农业垃圾的废物利用。
图I香蕉皮粉末的热重分析2香蕉皮粉末和在300、500、700°C温度下碳化所得多孔碳材料的红外光谱图。
具体实施例方式下面以具体实施例对本发明的具体技术方案作进一步的说明，但本发明的保护范围不局限与此实施例I :不同碳化温度下多孔碳材料的制备与表征I.将国产芝麻蕉的香蕉皮泡在水池中用流动水冲洗，将表面污物冲洗干净后，采 用蒸馏水冲洗2遍。然后置于鼓风干燥箱中，在80°C下烘48 h后，用电动粉碎机粉碎，采用100目的筛子筛分，得到香蕉皮粉末。2.对所得到的香蕉皮粉末进行热重性能分析，香蕉皮粉末的热重分析如图I所示。从图I中可以看出，50-200°C是残留在香蕉皮中水份蒸发阶段；而在200-700°C温度范围，则是香蕉皮中半纤维素、纤维素、木质素等多糖类物质以及蛋白质等生物质的分裂和分解阶段；700°C之后，香蕉皮的生物质进一步碳化，所内存的有机基团全部裂解。根据热重分析测试结果，可以确定要保留一定的有机基团，同时要得到较大表面的活性碳，香蕉皮碳化温度应该在200-700°C范围内选择。3.称取3份100 g步骤I得到的香蕉皮粉末，将香蕉皮粉末置于氮气进气速率为O. 20 L / min的管式炉中，分别在300°C、500°C、70(rC温度下碳化4 h，升温速率控制在5V /分，最终分别得到58g、37 g、31g多孔碳材料。4.采用低温氮气吸脱附方法测定香蕉皮碳化前后其比表面积与孔容，其测定的结果见表I。从表I可以看到初始的香蕉皮粉末、300°c、500°c、70(rc温度下碳化得到的多孔碳材料其比表面积分别为I. 79,3. 98,6. 97,7. 12 m2/g，总孔容分别为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积和孔容
权利要求
1.一种选择性吸附金离子的多孔碳材料，其特征在于所述多孔碳材料按以下方法制备得到将香蕉皮充分洗涤后置于烘箱中，在5(T80°C下烘干4810小时后，用电动粉碎机粉碎，采用100目的筛子筛分，得到香蕉皮粉末；香蕉皮粉末在氮气气氛下的管式炉中，加热至30(T50(TC温度，碳化广5 h，制备得到所述选择性吸附金离子的多孔碳材料。
2.如权利要求I所述的选择性吸附金离子的多孔碳材料，其特征在于所述氮气气氛使用纯度为99%的氮气。
3.如权利要求I所述的选择性吸附金离子的多孔碳材料，其特征在于所述碳化的温度为 500。。。
4.如权利要求I所述的选择性吸附金离子的多孔碳材料在从废弃电子线路板中回收金的应用。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于所述应用的方法为 (a)将废弃电子线路板粉碎，通过磁选分离得到金属粉末和非金属粉末，将金属粉末用强酸溶解，得到含金离子的金属溶解液； (b)调节金属溶解液的pH值为1-4，将多孔碳材料放入金属溶解液中，室温下搅拌1飞小时后过滤，得到滤液和滤渣，滤渣即为吸附有金离子的多孔碳材料；所述多孔碳材料的质量用量以金属溶解液的体积计为O. 1-5. Og/L; (c)滤渣用洗涤溶剂充分洗涤，所述洗脱溶剂为含有O.7 lmol/L硫脲和2 3mol/L的HCl的混合溶液，洗涤后过滤得到含Au[SC(NH2)2]2C1的溶液，滤饼为重新活化的多孔碳材料，用蒸馏水洗涤后可重复使用。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于所述步骤(a)中的强酸为王水。
7.如权利要求5所述的应用，其特征在于所述步骤(c)中的洗涤是将滤渣加入洗涤溶剂中充分混合搅拌，搅拌时间为1(T30 h，滤渣与洗涤溶剂的质量比为I :10(Γ500。
8.如权利要求5所述的应用，其特征在于所述步骤(c)中，所述洗脱溶剂为含有O.7mol/L硫脲和2mol/L的HCl的混合溶液。
全文摘要
本发明公开了一种选择性吸附金离子的多孔碳材料，按以下方法制备得到将香蕉皮充分洗涤后置于烘箱中，在50~80℃下烘干48~80 小时后，用电动粉碎机粉碎，采用100目的筛子筛分，得到香蕉皮粉末；香蕉皮粉末在氮气气氛下的管式炉中，加热至300~500℃温度，碳化1~5h，制备得到所述选择性吸附金离子的多孔碳材料。本发明以香蕉皮作为原料控制碳化温度制备含有特定的功能基团的多孔碳，不仅实现废物利用，原料丰富，成本低廉；而且制备过程简单，所得到的多孔碳材料作为吸附剂来选择性吸附金，其吸附容量高达800 mg/g；而且通过简单的洗脱即可得到含金溶液，吸附剂也可重复利用。
文档编号B01J20/30GK102895952SQ20121036568
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者郑华均, 王立敏 申请人:浙江工业大学