一种导电高分子-支撑体复合材料、其制备方法及用图
【技术领域】
[0001]本发明属于导电高分子材料技术领域与电子废弃物回收处理技术领域，具体涉及一种导电高分子-支撑体复合材料、其制备方法以及在废弃物回收处理中的用途。
【背景技术】
[0002]许多废弃物中富含金、银、钯、钼等贵重金属和稀有金属，例如在电子废弃物，尤其是废旧印刷电路板中包含的金属品位是普通原生矿石的几十倍。因此，废弃物中金属资源的回收处理已成为国内外金属再生行业的朝阳产业。
[0003]目前，废弃物中金属资源的回收处理方法应用最多的是物理法和化学法相结合的方法，其中化学法多采用湿法冶金技术。具体为:将破碎后的废弃物碎片通过酸性或碱性液体溶浸，浸出液再经萃取、沉淀、置换、离子交换、电解、过滤以及蒸馏等一系列的处理过程，最终得到高纯度的金属。但是，该方法中，在金属还原回收的过程中往往耗用大量的氟化物、氰化物等剧毒试剂并产生大量的酸碱废液，如不采用妥善的办法予以处理，将对生态环境和人类健康造成了严重的污染和危害。
[0004]因此，如何绿色环保地回收处理废弃物中的金属资源，以实现环境保护和资源再生，是人类社会面临的重要难题之一。聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电高分子具有本征导电性、环境稳定性、溶液加工性和可逆氧化还原活性等特点。在酸性环境中，此类导电高分子主链上的杂原子(例如N、S原子等)可在各种本征氧化态及质子化状态之间相互转化，因此具有可逆氧化还原性。该性能可有效利用在金属(例如金、银、钼、钯、汞、铜、锡、铬等)的回收过程中。即，将该可逆氧化还原作用与废弃物酸浸取液中金属离子的电化学还原反应相耦合，即可实现金属离子的自发吸附还原，从而实现该金属离子的回收再利用。但是，这类导电高分子往往存在团聚、粘连现象，影响了其实际吸附还原金属离子的效率。
[0005]回收后高分子材料在金属熔炼过程中分解为气体排放，含酸废液经浓缩后可重复使用，将使环境污染问题得到有效控制。棉、麻织物以及锯末、木屑等天然产物具有极大的比表面积，如将聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电高分子固定于棉纱、棉绳、麻绳、麻布、锯末等天然产物表面，将有效地提高其吸收与富集贵重金属离子的能力，进一步提高从电子废弃物的酸浸取液中回收贵重金属的效率。此外，天然产物价格低廉、来源广泛，利用废旧衣服、包装用布、废旧麻袋、医疗废物棉纱以及家具制造过程中产生的大量锯末等废弃物制备复合吸附材料，可以变废为宝、造福环境。同时，此类天然吸附材料在金属熔炼过程中迅速分解成无害气体排入大气，不会对生态环境造成任何影响。因此，导电高分子-天然产物复合吸附材料在电子废弃物处理与再生金属资源回收领域具有广阔的市场前景和深远的社会意义。
【发明内容】
[0006]针对上述技术问题，本发明提供了一种导电高分子新材料，该材料有效避免了现有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电高分子材料的团聚、粘连等问题，当用于废弃物中金属元素的回收处理中时，具有较高的吸附还原能力。
[0007]本发明提供的导电高分子新材料为:一种导电高分子-支撑体复合材料，由导电高分子材料与支撑体材料构成，所述的导电高分子材料以支撑体材料为载体，分散在支撑体材料表面；所述的导电高分子材料为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩，以及它们的环取代衍生物、杂原子取代衍生物(即聚苯胺的环取代衍生物、杂原子取代衍生物，聚吡咯的环取代衍生物、杂原子取代衍生物，聚噻吩的环取代衍生物、杂原子取代衍生物)中的一种；所述的支撑体材料为布类、麻类、木屑类材料。
[0008]作为优选，所述的导电高分子材料与支撑体材料的质量比为1:100?1:10。
[0009]所述的支撑体材料尺寸为l*lcm2?10*10cm2。
[0010]所述的支撑体材料为天然农作物加工产物，如布类、麻类、木屑类等加工而成的产物。例如，布类材料包括但不限于从废旧衣物、包装用布、医疗废物棉纱等；麻类材料包括但不限于废丨H麻袋、麻绳等；木屑类材料包括但不限于锯末、枯枝末等。
[0011]所述的支撑体材料的尺寸不限，作为优选，其直径为Icm?10cm，例如该支撑体材料面积优选为l*lcm2?10*10cm2。
[0012]本发明还提供了两种制备该导电高分子-支撑体复合材料的方法，一种方法具体如下:
[0013](I)将聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及它们的环取代衍生物、杂原子取代衍生物中的一种所对应的的单体，以及破碎后的支撑体材料溶于稀盐酸中，使单体在支撑体材料表面发生聚合反应，得到质子化的导电高分子-支撑体固体产物；
[0014](2)将质子化的导电高分子-支撑体固体产物利用氨水溶液去质子化，剩余氨水用去离子水冲洗除去，然后真空干燥、破碎、筛分，得到导电高分子-支撑体复合材料。
[0015]上述反应过程中，优化的制备工艺如下:
[0016]所述的步骤(I)中，单体与支撑体材料的质量比优选为1:100?1:10 ;
[0017]所述的步骤(I)中，稀盐酸的摩尔浓度优选为0.1M?IM ;
[0018]所述的步骤(I)中，单体与稀盐酸的体积比优选为1:10?1:100 ;
[0019]所述的步骤(I)中，固液比优选为1:1?1:10 ;
[0020]所述的步骤(2)中，氨水溶液的浓度优选为0.1M?1M。
[0021]另一种方法具体如下:
[0022](I)将聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及它们的环取代衍生物、杂原子取代衍生物中的一种所对应的的单体，以及破碎后的支撑体材料溶于稀盐酸中，使单体发生聚合反应，过滤分离后将固体产物用氨水冲洗去质子化，再用去离子水冲洗以除剩余氨水，接着真空干燥、破碎、筛分，得到导电高分子材料；
[0023](2)将导电高分子材料、以及破碎后的支撑体材料溶于有机溶剂中，使导电高分子材料吸附在支撑体材料表面，然后过滤分离固体产物，再经真空干燥、破碎、筛分，得到导电高分子-支撑体复合材料。
[0024]上述反应过程中，优化的制备工艺如下:
[0025]所述的步骤(I)中，稀盐酸的摩尔浓度优选为0.1M?IM ;
[0026]所述的步骤(I)中，单体与稀盐酸的体积比优选为1:10?1:100 ;
[0027]所述的步骤(I)中，氨水稀溶液的浓度优选为0.1M?1M。
[0028]所述的步骤(2)中，固液比优选为1:1?1:10 ;
[0029]所述的步骤(2)中，单体与支撑体材料的质量比优选为1:100?1:10 ;
[0030]综上所述，本发明提供的复合材料具有独特的结构特征，是以支撑体材料为载体，将聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及它们的环取代衍生物、杂原子取代衍生物中的一种导电高分子承载在该支撑体材料表面，因此有效避免了该导电高分子材料的团聚、粘连等问题，增大了该导电高分子材料的比表面积；另一方面，由于该支撑体材料选用布类、麻类、木屑类等农作物加工产物，其价格低廉，原料充足，大大降低了该导电高分子复合材料的应用成本，因此具有良好的应用前景。
[0031]本发明提供的复合材料由于包含了聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及它们的环取代衍生物、杂原子取代衍生物等导电高分子，因此具有可逆电化学氧化还原性，能够应用在废弃物中金属(例如金、银、钼、钯、汞、铜、锡、铬等)的回收利用过程中。并且，与现有的导电高分子材料相比，该复合材料由于具有高的比表面积，因此能够有效提高对金属离子的吸附能力与还原能力。
[0032]其中，铬、金、钮、银、钼、萊、铜、锡的还原电位为:铬(+1.330伏特，Cr2072- — Cr3+)、金(+0.930 伏特，AuCl4- — Au。)、钯(+0.915 伏特，Pd2+ — Pd。)、银(+0.800 伏特，Ag+ -Ag0),钼(+0.758 伏特，PtCl42- — Pt。)、汞(+0.850 伏特，Hg2+ — Hg。(液态))、铜(+0.340 伏特，Cu2+ — Cu。)、铬(+0.300 伏特，Cr6+ — 03+)、锡(+0.150 伏特，Sn2+ — Sn0)。
[0033]实验证实，利用本发明的导电高分子-支撑体复合材料吸附还原电子废弃物酸浸取液中的金属离子时，其回收效率更高。
[0034]利用本发明的导电高分子-支撑体复合材料回收废弃物酸浸取液中金属的方法如下:
[0035]将导电高分子-支撑体复合材料浸入包含金属离子的废弃物酸浸取液中，使其中的金属离子被选择性吸附在该复合材料表面，并将其还原为单质金属吸附在该复合材料表面，然后过滤分离，得到表面吸附单质金属的复合材料，最后将其置于熔炼炉中高温熔炼，使复合材料分解为气体回收，得到金属单质。
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