[發明專利]一種選擇性吸附金離子的多孔碳材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210365685.0
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN102895952A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 鄭華均;王立敏
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C22B3/24;C22B11/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王兵

技術領域

本發明涉及一種利用香蕉皮，制備含有-OH，-NH₂等能絡合金離子功能基團且具備較高比表面積的多孔碳，及其從廢棄電子線路板中提取金離子的應用。

背景技術

隨著家用電器、手機和電腦等更新換代的加速，產生了大量的廢棄電子線路板。而廢棄的電子線路板中含有豐富的金屬資源，如鉛、錫、銅、鐵、鎳,?金,鈀等，特別是金、鉑、鈀等貴金屬的含量比礦石中的含量高10-100倍。因此，從廢棄電子線路板中回收金屬資源，不僅具有較好的社會效益，而且具有較好經濟效益。在實際從廢棄電子板回收金屬資源過程中，由于金、鉑等貴金屬的含量比銅、鉛、錫等金屬少很多，如果處理不當，很容易在回收過程中流失。如何將金屬金、鉑、鈀等貴金屬與其他金屬優先分離并有效富集是金屬資源回收的關鍵。

采用活性碳吸附是從廢棄電子線路板中回收金的常用方法。但一般的活性炭對金的吸附容量小，且對線路板中常見的銅、鐵、鎳、錫、鉛等金屬離子的選擇性差。

香蕉皮作為一種農業垃圾，來源相當豐富，價格低廉，同時含有大量的如-OH、-COOH、-NH₂等有機基團。文獻報道記載，利用其豐富的有機基團，干燥后的香蕉皮可以用于吸附Cu²⁺、?Pb²⁺和Cr²⁺等金屬離子和酚類化合物等有機物質。同時，香蕉皮中含有具有還原性能的基團，利用這些還原性物質，可從香蕉皮中提取汁液，還原制備Au，Ag，Pt等納米粒子。香蕉皮還是制備多孔碳的極佳材料。香蕉皮是由大量生物細胞構成的，通過化學活性劑的刻蝕和一定溫度下的碳化，能夠得到比表面積很大的多孔碳材料。

發明內容

本發明是利用香蕉皮的生物多孔性和豐富的有機基團，控制碳化溫度，分解具有還原性的基團(-COOH)，并破壞參與絡合其他金屬離子的有機基團（多糖、蛋白質等），制備得到既包含有-OH、-NH₂功能基團，又具有較大的比表面積的多孔碳材料。利用該多孔碳材料，來選擇性地吸附從廢棄電子線路板浸出的金離子，達到與其他金屬分離的目的。

本發明解決的首要技術問題是，尋找合適的溫度及相關工藝，使香蕉皮中的還原性基團和能夠絡合其他金屬的有機物在碳化過程中分解，而保留能夠絡合貴金屬的有機基團，并制備得到具有巨大表面積的多孔碳材料。

本發明采用的技術方案是：

一種選擇性吸附金離子的多孔碳材料，所述多孔碳材料按以下方法制備得到：將香蕉皮充分洗滌后置于烘箱中，在50~80℃下烘干48~80?小時后，用電動粉碎機粉碎，采用100目的篩子篩分，得到香蕉皮粉末；香蕉皮粉末在氮氣氣氛下的管式爐中，加熱至300~500℃溫度，碳化1~5?h，制備得到所述選擇性吸附金離子的多孔碳材料。

所述氮氣氣氛優選使用純度為99%的氮氣。

所述碳化的溫度優選為500℃。

所述管式爐中要保證充滿氮氣，在不斷通入的氮氣情況下，氮氣的進氣速率通常為0.1~1?L／min。

所述管式爐中從室溫升溫至300~500℃的升溫速率一般控制在1~20℃/分。

所述香蕉皮可選用任意品種或產地的香蕉的表皮，它們都適用于本發明方案。

本發明提供的選擇性吸附金離子的多孔碳材料可應用于從廢棄電子線路板中回收金。

具體的，所述應用的方法為：

(a)?將廢棄電子線路板粉碎，通過磁選分離得到金屬粉末和非金屬粉末，將金屬粉末用強酸溶解，得到含金離子的金屬溶解液；

(b)?調節金屬溶解液的pH值為1-4（優選調pH值為2.5），將多孔碳材料放入金屬溶解液中，室溫下攪拌1~6?小時后過濾，得到濾液和濾渣，濾渣即為吸附有金離子的多孔碳材料；所述多孔碳材料的質量用量以金屬溶解液的體積計為0.1-5.0g/L（優選1~2g/L）;

(c)?濾渣用洗滌溶劑充分洗滌，所述洗脫溶劑為含有0.7~1mol/L硫脲和2?~3mol/L的HCl的混合溶液，洗滌后過濾得到含Au[SC(NH₂)₂]₂Cl的溶液，濾餅為重新活化的多孔碳材料，用蒸餾水洗滌后可重復使用。

所述步驟(a)中的強酸用以溶解金屬粉末，優選使用王水，王水即濃硝酸與濃鹽酸以體積比1:3混合的混合酸。

所述步驟(b)中調節金屬溶解液的pH值可采用常用的鹽酸和氫氧化鈉溶液根據實際情況來調節。