一种打印机废墨粉的回收处理技术及其应用

本发明属于固体废物再利用，具体涉及一种打印机废墨粉的回收处理技术及其应用。

背景技术：

1、据贝哲斯咨询发布的打印机墨粉盒市场调研报告，墨粉盒的市场规模和市场潜力巨大。墨粉盒中余下的废墨粉颗粒极细且极难溶于水，易悬浮在空气中对人体造成危害，对环境的污染也较为严重，因此对废墨粉一般需要进行回收处理。但打印机废墨粉品种繁杂、成分不一等，因此直接回收再废墨粉，并以其生产质量一致、品质稳定的合格新墨粉很困难。因此，通常在墨粉盒分解的过程中使用气枪清理残留废墨粉和载体，并集中废弃处理。这既造成了资源的浪费，又会造成环境污染，不符合环保的要求。此外，实现固体废物资源循环利用是构筑可持续资源供给与应用的重要方式，也是循环经济的重要内容。

2、通常打印机和复印机所用黑色墨粉是由粘结树脂、炭黑、磁铁粉和添加剂等成分组成，外观上是黑色颗粒状物质；树脂和黏合剂占比较高，树脂一般采用丙烯酸树脂或聚酰胺树脂等。在复印和打印过程的最后一道程序中，墨粉经150～200℃高温融化到纸纤维中，树脂则被氧化成带有刺激气味的臭氧气体，粘合剂与炭黑充分混合使墨粉更好地与纸张粘合在一起。磁铁粉，即fe3o4，它可以使墨粉具有磁性，从而被磁性感应滚筒吸附到打印纸上，磁铁粉具有高度的稳定性和可靠性，可以确保打印机在高速打印时仍能保持稳定的输出质量。除了上述主要成分外，墨粉中还包含了一些辅助剂，如流动剂、分散剂和抗氧化剂等。这些辅助剂可以改善墨粉的流动性和分散性，增强墨粉的耐水性和耐紫外线性质，防止墨粉在存储和使用过程中过早老化和变质。

3、当打印机墨粉盒使用完毕后，墨粉盒中通常还会剩余少量墨粉，由于其成分的复杂性，使得墨粉的回收利用变得异常困难，如何妥善处理废弃墨粉盒中的残余墨粉，是一个值得探究并解决的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种打印机废墨粉的回收处理技术；具有良好的经济效益、环境友好等优点，所得回收产物还具有高效的光热转换性能和光催化性能。

2、本发明还提出了一种光热转换膜，光热转换膜的制备原料包括上述回收处理技术所得回收产物。

3、本发明还提供了一种上述光热转换膜的制备方法。

4、本发明还提供了一种包括上述光热转换膜的界面蒸发系统装置。

5、本发明还提供了一种上述界面蒸发系统装置的应用。

6、本发明还提供了一种光催化剂，光催化剂的制备原料包括上述回收处理技术所得回收产物。

7、本发明还提供了上述光催化剂的应用。

8、根据本发明的第一个方面，提出了一种打印机废墨粉的回收处理技术，所述回收处理技术包括采用烧结和酸液刻蚀中的至少一种处理手段处理打印机废墨粉；所述烧结在隔绝水氧的气氛中进行。

9、根据本发明提供的回收处理技术，至少具有以下有益效果：

10、(1)普通黑色的打印机废墨粉，外观呈炭黑色，微观结构为颗粒状，从元素层面上看，其成分中含有大量碳元素和少量硅元素，具备吸光材料最基本的宽太阳能吸收光谱特性；从物质层面上，其成分包括树脂、炭黑、磁铁粉、添加剂等。经过烧结可使打印机废墨粉中的树脂转变为臭氧和其他碳氧化物气体以及炭黑，同时使颗粒结构更为蓬松，粗糙度增加，光线在颗粒内部反射过程增加；酸液刻蚀后打印机废墨粉变为更为细小的纳米颗粒，得到更为破碎的微观结构，比表面积增大；均可提高吸光性能；也就是说，本发明提供的回收处理方法得到的回收产物，有望在光热转换领域以及纯化回收有机溶剂方面取得广泛的应用。

11、以打印机废墨粉的回收产物进行的光热转换应用，符合双碳目标政策要求，实现了固体废物资源循环利用，并且成本极低，经济效益高。

12、(2)打印机废墨粉中含有一定量的fe3o4，fe3o4具有光催化特性，可作为光催化剂降解有机污染物，由打印机废墨粉得到的回收产物，可通过光芬顿反应原理实现光热与光催化协同作用处理有机废液，将有机污染物降解为无害物质，为相应的有机污染物废水的净化提供了一种有前景的解决方案。

13、在本发明的一些实施方式中，所述打印机废墨粉具有颗粒状，组成包括：

14、炭黑；

15、树脂；所述树脂包裹所述炭黑；

16、磁铁粉；所述磁铁粉嵌设于所述打印机废墨粉中；

17、掺杂物；所述掺杂物嵌设于所述打印机废墨粉中。

18、在本发明的一些实施方式中，所述掺杂物包括硅基材料。

19、在本发明的一些实施方式中，所述打印机废墨粉的粒径在10～20μm之间。

20、所述打印机废墨粉中，树脂具有塑形作用，如果树脂失效，所述打印机废墨粉难以维持颗粒状。进一步的，所述打印机废墨粉中的成分比例、掺杂物的具体种类，根据生产厂家的不同而不同。

21、在本发明的一些实施方式中，所述处理手段为烧结。由此可促使所述树脂热解失效。

22、在本发明的一些实施方式中，所述处理手段为酸液刻蚀。由此，所述酸液刻蚀所用酸液可接触到的磁铁粉被反应，局部或全部失去磁性。

23、在本发明的一些实施方式中，所述处理手段包括依次对所述打印机废墨粉进行烧结和酸液刻蚀。

24、在本发明的一些实施方式中，所述处理手段包括依次对所述打印机废墨粉进行酸液刻蚀和烧结。

25、烧结可使打印机废墨粉中的树脂转变为臭氧和碳氧化物气体以及炭黑，同时使打印机废墨粉的颗粒结构更为蓬松，粗糙度增加，使得光线在回收产物内部的反射过程增多。酸液刻蚀后打印机废墨粉变为更为细小的纳米颗粒，得到更为破碎的微观结构，比表面积增大。也就是说，无论是酸液刻蚀还是烧结，都可提高打印机废墨粉回收产物的吸光性能。

26、在本发明的一些实施方式中，所述烧结的气氛为氩气。

27、在本发明的一些实施方式中，所述烧结中，气氛流速为80～120ml·min-1。例如具体可以是90～100ml·min-1。

28、在本发明的一些优选的实施方式中，所述烧结的升温速度为3～10℃·min-1。例如具体可以是约5℃·min-1。

29、在本发明的一些优选的实施方式中，所述烧结的温度为400～600℃。例如具体可以是约500℃。

30、在本发明的一些实施方式中，所述烧结的时长为2～4h。例如具体可以是约3h。

31、在本发明的一些实施方式中，所述酸液刻蚀所用酸液的溶质包括盐酸、硝酸、硫酸和草酸中的至少一种。

32、在本发明的一些实施方式中，所述酸液刻蚀所用酸液的浓度为0.5～6mol·l-1。

33、在本发明的一些优选的实施方式中，所述酸液刻蚀所用酸液的浓度为0.8～1.2mol·l-1。例如具体可以是约1mol·l-1。在该浓度范围内，所得回收产物的光热性能更优。

34、在本发明的一些优选的实施方式中，所述酸液刻蚀所用酸液的浓度为3.5～5mol·l-1。例如具体可以是约4mol·l-1或4.5mol·l-1。在该浓度范围内，所得回收产物的光热性能更优。

35、根据本发明的一些实施例，所述酸液刻蚀在搅拌状态下进行。所述搅拌状态有利于提升所述酸液刻蚀的传质速度，加快刻蚀的速度。实际生产中可根据需要选择合适的搅拌转速，或者选择是否进行搅拌。

36、在本发明的一些实施方式中，所述酸液刻蚀所用的仪器包括至少一个投料口，以及一个搅拌桨容纳口。例如具体的，所用仪器可以是双口烧瓶、三口烧瓶、反应釜等。

37、在本发明的一些实施方式中，所述酸液刻蚀中，所述打印机废墨粉占所述酸液的质量百分数为0.5～5wt％。例如具体可以是约1wt％、2wt％或约2.5wt％。

38、在本发明的一些实施方式中，所述酸液刻蚀的恒温温度为30～65℃。例如具体可以是约35℃、40℃、45℃或50℃。

39、在本发明的一些实施方式中，所述酸液刻蚀的时间为8～15h。例如具体可以是约10h或12h。

40、根据本发明第二方面的实施例，提供了一种光热转换膜，所述光热转换膜包括基底和设于所述基底表面的光热转换层；所述光热转换层的制备原料包括所述回收处理技术所得回收产物。

41、由于光热转换膜采用了上述实施例的回收处理技术所得回收产物的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

42、在本发明的一些实施方式中，所述基底为巴尔沙木、熟宣纸、玻璃纤维膜、有机尼龙膜或纯棉纸巾中的至少一种。实际生产中，可根据待处理液体的密度、是否和其他部件结合等选择合适的基底。例如如果需要单独使用所述光热转换膜，并要求其漂浮在乙醇表面，则可选择巴尔沙木、熟宣纸等密度更低的基底。

43、在本发明的一些实施方式中，所述光热转换层的制备原料还包括粘结剂。

44、在本发明的一些实施方式中，所述粘结剂和所述回收产物的质量比为1:8～10。例如具体可以是约1:9。

45、在本发明的一些实施方式中，所述粘结剂包括羧甲基纤维素钠和聚偏氟乙烯中的一种。

46、构成光热转换膜的吸光材料(回收产物)和选取的基底膜都具有良好的耐溶剂性，通过粘结剂将吸光材料与基底复合，提高了光热转换膜的机械稳定性，具备在恶劣有机溶剂环境下长期稳定运行的基础条件。

47、根据本发明第三方面的实施例，提出了一种所述光热转换膜的制备方法，所述制备方法将包括所述回收产物的浆料涂覆在所述基底表面并干燥。

48、根据本发明实施例提供的制备方法，至少具有以下有益效果：

49、本发明提供的制备方法流程简单、操作条件易达和易于大规模制备。

50、在本发明的一些实施方式中，所述浆料还包括粘结剂和溶剂。

51、在本发明的一些实施方式中，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠和聚偏氟乙烯中的一种。

52、在本发明的一些实施方式中，所述粘结剂占所述浆料质量的1～20wt％。例如具体可以是约6wt％、7wt％、8wt％或10wt％。

53、在本发明的一些实施方式中，所述溶剂为水、聚乙烯吡咯烷酮和n-甲基吡咯烷酮中的一种。

54、在本发明的一些实施方式中，所述浆料的制备方法为将所述废墨粉、粘结剂和溶剂混合。

55、在本发明的一些实施方式中，所述涂覆的方法为抽滤、刮涂、喷涂和旋涂中的至少一种。

56、根据本发明第四方面的实施例，提出了一种界面蒸发系统装置，所述界面蒸发系统装置包括所述光热转换膜。

57、由于所述界面蒸发系统装置采用了上述实施例的光热转换膜的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

58、在本发明的一些实施方式中，所述界面蒸发系统装置的结构包括：

59、光热转换膜；

60、液体运输通道，所述液体运输通道一端连接所述光热转换膜，一端浸没在待处理液体中；

61、绝热层，所述绝热层位于所述待处理液体的上液面和所述光热转换膜之间，所述绝缘层上设有通孔；

62、所述液体输通道穿过所述通孔。

63、本发明构筑了“干”字形特殊结构(一维运输)的界面蒸发系统装置，综合考虑了成本和溶剂运输效率的问题，保证蒸发率的同时结构简单，使用绝热层来隔热和支撑光热转化膜，液体运输通道浸入待处理液体中，通过毛细作用力将液体运输至光热转化膜下层，在光照作用下实现界面蒸发，组成材料便宜易得，利于应用推广。

64、在本发明的一些实施方式中，所述液体运输通道材质为棉。

65、在本发明的一些实施方式中，所述液体运输通道在所述待处理液体中的浸没深度为20～30mm。例如具体可以是约25mm。

66、在本发明的一些实施方式中，所述液体运输通道的直径为8～12mm。例如具体可以是约10mm。

67、在本发明的一些实施方式中，所述绝热层的材质为海绵泡沫。

68、在本发明的一些实施方式中，所述绝热层与所述光热转换膜不接触；目的是增加隔热性能。

69、在本发明的一些实施方式中，所述光热转换膜的几何中心，落在所述光热转换膜与所述液体运输通道的接触范围内。

70、根据本发明第五方面的实施例，提出了一种所述界面蒸发系统装置在水处理与有机溶剂纯化回收中的应用。

71、由于所述应用采用了上述实施例的界面蒸发系统装置的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

72、根据本发明的一些实施例，所述有机溶剂纯化中，有机溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、n,n-二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

73、在本发明的一些实施方式中，所述在有机溶剂纯化回收中的应用，包括界面蒸发处理有机废液中的应用。

74、在本发明的一些实施方式中，所述在有机溶剂纯化回收中的应用，所述回收产物，特别是其中的fe3o4可作为光催化剂利用光芬顿反应原理降解有机污染物，制备原料包括所述回收产物的光热转换膜可实现光热与光催化协同作用处理包括有机溶剂的有机废液。

75、在本发明的一些实施方式中，所述在有机溶剂纯化回收中的应用，应用范围包括挥发性有机污染物、有机染料废液和含抗生素医疗废液中的至少一种。

76、在本发明的一些实施方式中，所述在水处理中的应用，应用范围包括高盐度海水、工业废水、生活废水和医疗废水中的至少一种。

77、在本发明的一些实施方式中，所述水处理的应用范围包括重金属离子废水、有机染料废水和含抗生素医疗废水处理领域。杂质去除率极高，具有极大的应用前景。

78、在本发明的一些实施方式中，所述在水处理中的应用，包括在界面蒸发水处理中的应用。

79、在本发明的一些实施方式中，所述在水处理和有机溶剂纯化回收中的应用，包括以氙灯光源模拟太阳光照射所述光热转换膜界面蒸发系统装置。太阳能属于清洁可再生能源，高效利用太阳能进行界面蒸发回收有机溶剂或者纯化水，将目前光热转换领域基于对水蒸发体系的认知延伸到有机溶剂体系中，界面蒸发技术可同样适用于界面蒸发回收有机溶剂，这为有机溶剂纯化回收提供了一个新的研究方向。

80、根据本发明第六方面的实施例，提供了一种光催化剂，所述光催化剂的制备原料包括所述回收处理技术所得回收产物。

81、由于所述光催化剂采用了上述实施例的回收处理技术的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。所得光催化剂在光芬顿催化领域具有良好的性能。根据本发明第七方面的实施例，提供了一种所述光催化剂在光芬顿催化反应中的应用。

82、由于所述应用采用了上述实施例的光催化剂的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

83、在本发明的一些实施方式中，所述应用，包括采用光芬顿催化反应处理有机污染物废水。

84、在本发明的一些实施方式中，所述应用，包括采用光芬顿催化反应处理有机污染的有机溶剂。其中，所述有机污染包括罗丹明b。所述有机溶剂包括乙醇和甲醇中的至少一种。

85、在本发明的一些实施方式中，采用光芬顿催化反应处理有机污染的有机溶剂时，在3h内，所述有机污染的去除效率≥99％。例如具体可以是约99.5％或约100％。

86、若无特殊说明，本发明的“约”实际表示的含义是允许误差在±2％的范围内，例如约100实际是100±2％×100。

87、若无特殊说明，本发明中的“在……之间”包含本数，例如“在2～3之间”包括端点值2和3。

88、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。