随着社会经济的不断发展,电子科技的不断升级,电子产品的更新速度越来越快,电子垃圾的产生量也越来越大,成为世界上增长速度最快的垃圾。电子垃圾正成为新的危险废物污染源,已逐渐成为影响我国环境安全的重要问题。废旧电路板是产生量最大的电子垃圾,其处理问题已成为人们关注的焦点,如能进行合理的回收利用,不仅有利于环境保护,而且还能推进社会的可持续发展。废旧电路板的回收处理是一个极其复杂的过程,电路板是由金属部分和非金属部分组成,非金属部分主要是环氧树脂,有机物含量较高,因此可以作为制备活性炭的新型原材料。基于此,本研究以废旧电路板中的非金属部分为原料,采用多种活化方式,探究制备废旧电路板基活性炭的可行性,采用电子显微镜、比表面积测定仪和傅里叶红外光谱仪等多种现代仪器分析活性炭的物理结构和化学性质,并将活性炭应用于不同种类的废水处理中。本研究主要从以下几个方面展开:(1)由于原料是选用废旧电路板的非金属部分,前期的分选处理技术会直接影响原料的组成成分和形状大小,因此首先研究了分选方式对废旧电路板活性炭理化性质的影响。通过破碎磁选和静电分选两种不同的工艺对废旧电路板进行预处理,以分选出非金属部分作为原料,考察了分选方式对废旧电路板热解碳比表面积和孔径结构的影响。通过比较发现,经过静电分选后所制备的活性炭的比表面积为235 m2/g,得率为43.5%,孔隙率较低,表面官能团的含量较低;经过破碎磁选后所制备的活性炭比表面积为313 m2/g,得率为41.8%,孔隙率较高,表面官能团含量较高。因此,经破碎磁选后的废旧电路板非金属部分更适合作为制备活性炭的原材料。(2)以破碎磁选后的废旧电路板非金属部分为原料,KOH为活化剂,制备活性炭。研究了加热方式,即传统加热法和微波加热法对废旧电路板活性炭理化性质的影响;探究了制备工艺中的影响因素对活性炭的影响,确定了最佳制备工艺条件,并以其对亚甲基蓝的吸附量为指标,对比研究了两种活性炭的吸附性能。结果表明,炭化过程的最佳制备工艺条件为:温度600℃,时间2 h;传统加热法的最佳制备条件为:剂料比3:1,800 ℃加热1h;微波加热法的最佳制备条件为:剂料比3:1,700 W加热15 min。传统加热法活性炭的比表面积为2590 m2/g,平均孔径为2.742 nm,产率为22.5%。微波加热法活性炭的比表面积为2812 m2/g,平均孔径为2.143 nm,产率为25.9%。两者相比,微波加热法由于其加热速度快,热量均一,活性炭的比表面积较大,平均孔径较低,孔径结构规整,产率较高,但官能团含量较低。在25 ℃下,传统加热法活性炭和微波加热法活性炭对亚甲基蓝的最大吸附量分别为737.19和692.44 mg/g。传统加热活性炭的比表面积低而吸附量高的原因是由于其表面官能团含量较高,与亚甲基蓝分子之间存在氢键作用和电子供体-受体作用,从而促进吸附作用。(3)研究了活化方式对废旧电路板活性炭理化性质和吸附性能的影响。选用水蒸气物理活化法,NaOH化学活化法和H3P04-水蒸气物理化学活化法制备废旧电路板活性炭,分别探讨了三种制备工艺中的影响因素,并对比了活化方式对活性炭的理化性质的影响。在水蒸气活化法中,探究了炭化时间和炭化温度对炭化样品孔结构的影响,活化时间和活化温度对活性炭孔结构的影响。结果表明,水蒸气活化法的最佳制备条件为炭化时间2 h,炭化温度600 ℃,活化时间90 min,活化温度800℃。所制备的活性炭比表面积为804m2/g,孔容为0.492cm3/g。在NaOH活化法中,探究了炭化样品与活化剂的混合方式对活性炭理化性质的影响。干法混合活性炭的比表面积可达到2304 m2/g,孔容可达到1.171 cm3/g,湿法混合活性炭的比表面积可达到1141 m2/g,孔容可达到0.576 cm3/g。在25 ℃时,干法混合活性炭和湿法混合活性炭对环丙沙星的最大吸附容量分别可达到572.11 mg/g和381.29mg/g。因此,干法混合活性炭的理化性质较优。在H3PO4-水蒸气活化法中,探究了H3PO4和水蒸气的活化顺序对活性炭的影响。一步活化法活性炭的比表面积,孔容和对孔雀石绿的吸附量分别为810 m2/g,0.600 cm3/g和769.2 mg/g,两步活化法活性炭的比表面积,孔容和对孔雀石绿的吸附量分别为为730m2/g,0.455cm3/g和714.3mg/g。通过对比发现,NaOH活化法所制备的活性炭比表面积最大,但得率较低,对仪器腐蚀严重;利用水蒸气活化和H3P04-水蒸气两步活化所制备的活性炭比表面积较高,但制备时间较长;单独使用磷酸法所制备的活性炭得率较高,但比表面积和微孔率较低;H3P04-水蒸气一步活化法所制备的活性炭的比表面积、微孔率和得率都比较理想,且制备时间短,适用于实际的工业生产。(4)由于废旧电路板分选后的非金属部分中会残留大量的铜等金属或金属氧化物,可能会对废旧电路板活性炭产生一定的影响,因此以不含金属成分的废旧电路板非金属部分为原料,在原料中加入铜粉和氧化铜粉,来探究铜和氧化铜对废旧电路板活性炭性质的影响。采用H3P04活化法,考察了铜粉和氧化铜粉的最佳掺杂量。实验结果表明,铜粉和氧化铜粉的最佳掺杂量分别为0.15 g和0.2 g。铜粉和氧化铜粉的存在使活性炭的比表面积有所提高,微孔率降低,平均孔径增大,得率减小,吸附性能增强,表面官能团含量增加。比表面积大小顺序为AC/CuO(676 m2/g)>AC/Cu(658 m2/g)>AC(470 m2/g),微孔率大小顺序为AC(36.32%)>AC/Cu(30.18%)>AC/CuO(29.11%),平均孔径大小顺序为AC/Cu(3.662 nm)>AC/CuO(3.642 nm)>AC(3.233 nm),得率大小顺序为AC(36.4%)>AC/Cu(32.7%)>AC/CuO(30.1%)。在 20 ℃ 下,三种活性炭对头孢氨苄的饱和吸附量大小为:AC/CuO(86.09 mg/g)>AC/Cu(84.15 mg/g)>AC(66.03 mg/g)。铜和氧化铜的存在促进了活化反应进程,使活性炭理化性能提高,对活性炭起到一定的改性作用。对活性炭进行再生研究发现,吸附-再生循环三次后AC,AC/Cu和AC/CuO的循环率均超过60%,说明三种活性炭具有一定的可再生利用价值。本研究利用废旧电路板的非金属部分为原料,采用不同的活化方式,制备废旧电路板活性炭,探究了制备废旧电路板活性炭的可行性,并将其应用于废水处理中,为废旧电路板的回收利用提供了合理的途径,实现了固体废物资源化。