一种利用NCNTs修饰碳棒电极提高微生物浸出印刷线路板中铜效率的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用NCNTs修饰碳棒电极提高微生物浸出印刷线路板中铜效率的方法。本方法采用氮掺杂碳纳米管（NCNTs）修饰碳棒电极作为阴极，纯碳棒作为阳极，阴阳极间用铜导线相连放入嗜酸氧化亚铁硫杆菌与印刷线路板的反应容器中，进行废印刷线路板中金属铜的浸出。本发明专利技术充分利用了NCNTs的导电性和催化特性，将其修饰在碳棒阴极表面，与碳棒阳极、物理导线以及浸出液可形成原电池体系，可提高嗜酸氧化亚铁硫杆菌对印刷线路板中有价金属的浸出效率，并且工艺简单，成本低，环境友好，有利于拓展纳米技术在生物冶金领域的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有色金属回收和生物冶金领域，具体的说，涉及一种利用氮掺杂碳纳 米管(NCNTs )修饰碳棒电极提高微生物对废弃印刷线路板中铜浸出效率的方法。
技术介绍
印刷线路板(Printed Circuit Board，PCB)是电子工业的基础，是各类电子产品 的核心，据统计，我国每年需要处理掉的废PCB达50万吨以上。PCB中含有多种有价金属，生 物湿法冶金被认为是一种绿色，可靠的环保新技术。目前微生物湿法冶金最常用的是利用 嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸取废印刷线路板中金属铜，但由于菌种的驯化培养时间长、浸取金 属耗时长等因素，嗜酸氧化亚铁硫杆菌对金属铜的浸出效率不高，限制了该方法在工业中 的扩展应用。因此，寻找一种能够快速提高嗜酸氧化亚铁硫杆菌对印刷线路板中金属铜浸 出效率的方法有利于拓展生物湿法冶金在工业中的应用。 氮掺杂碳纳米管(NCNTs)为碳纳米材料，比表面积大，导电性优良，催化效果较强， 在催化领域具有广泛的应用前景。而碳棒为良好的导电材料，如果用NCNTs修饰在碳棒表 面，可以提高NCNTs的导电催化特性，拓展纳米材料在生物冶金领域的应用。本专利技术拟通过 在嗜酸氧化亚铁硫杆菌与废弃印刷线路板粉末的反应器中加入碳棒阳极和NCNTs修饰的碳 棒阴极方式来提高菌对零价铜的浸出效率。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种利用NCNTs修饰碳棒电极 提高微生物浸出印刷线路板中铜效率的方法。该方法所用浸取液环保无危害并且可循环利 用，对环境友好;该方法制作的碳棒阳极和一定量NCNTs修饰的碳棒阴极用导线相连后可提 高嗜酸氧化亚铁硫杆菌对废弃印刷线路板中金属铜的浸出效率，并且NCNTs修饰的碳棒电 极经过水洗干燥后可继续回用。可使碳纳米材料在生物冶金领域的应用成为可能，为工业 应用提供实践基础。 本专利技术提供了一种利用NCNTs修饰碳棒电极提高微生物浸出印刷线路板中铜效率 的方法，具体步骤如下： 步骤1，将废弃的印刷线路板经过两级破碎处理，得到废弃印刷线路板的金属富集体； 步骤2，制作碳棒阳极和NCNTs修饰的碳棒阴极，阴阳极碳棒面积为0.5~10cm2，NCNTs修 饰量为1 · 〇~3 · Omg/cm2碳棒面积； 步骤3，选取菌种进行驯化培养，提高菌种对铜离子的耐受性； 步骤4,将经过驯化处理的菌种接入到装有废弃印刷线路板的反应容器中，将碳棒阳 极和碳棒阴极用铜导线相连接放入反应容器中，于25~30°C温度，120~150 r/min转速 下的培养箱中浸出5~10天，浸出过程中监测溶液中pH、Fe2+、0RP随浸出时间的变化，5~10天 后浸出结束； 步骤5,浸出过程完成后，收集浸出液并过滤，得到滤液;将所得滤液依次进行萃取、反 萃取和电解过程，得到电解铜。 上述步骤1所述的废弃印刷线路板预处理可得到粒度1mm左右的印刷线路板，得 到金属铜的富集体，有利于菌种对铜的浸出。 上述的碳棒电极为市售导电碳棒；阳极碳棒为未经过处理的市售导电碳棒；阴极 碳棒为NCNTs修饰的碳棒电极，阴极碳棒的具体修饰过程如下： 称取NCNTs，将NCNTs放入小烧杯中，加入去离子水使得其恰好淹没NCNTs，再分别加入 Naf ion溶液和异丙醇;之后，将小烧杯放入超声波仪器中超声，使NCNTs充分溶解;最后将溶 解后的NCNTs均匀涂抹在市售导电碳棒外侧，自然干燥后形成阴极催化层，得到NCNTs修饰 的碳棒阴极，阴阳极碳棒面积为0.5~10cm 2，NCNTs修饰量为1.0~3. Omg/cm2碳棒面积。 上述步骤3中，所述的菌种为嗜酸氧化亚铁硫杆菌；对其进行驯化培养的步骤如 下:将嗜酸氧化亚铁硫杆菌接种至9K培养基溶液中，加入覆铜板进行驯化培养，逐步筛选出 对铜离子耐受性高的嗜酸氧化亚铁硫杆菌。具体的，嗜酸氧化亚铁硫杆菌的驯化培养，接种 量为10%(体积比），接种至含有9K培养基的反应容器内，培养基组成为44.3g/L的FeS〇4· 7H 20、3g/L的（NH4)2S〇4、0.5g/L 的K2HP〇4、0.1g/L 的KCl、0.5g/L 的MgS〇4.7H20、0.01g/L 的Ca(N03)2,在培养基中加入lcm2覆铜板，于25~30°C温度下，120~150 r/min转速下的培养 箱中驯化培养。测定溶液pH值，待pH开始下降并趋向稳定时，菌种处于对数生长期，再次以 10%的接种量重复上述驯化过程，筛选出铜离子耐受性高的嗜酸氧化亚铁硫杆菌。 上述步骤4中，用于连接碳棒阴极和碳棒阳极的铜导线为物理导线，与碳棒接触的 部位为不锈钢鳄鱼夹。 上述步骤4中，碳棒电极作用于浸出液中，能提高A.f菌浸铜效果的原因是碳棒阳 极与碳棒阴极形成电势差，与浸出溶液形成原电池体系。而A.f菌浸出废PCB中金属铜时可 能涉及到菌种的间接作用，即通过一系列氧化还原反应如Fe 2+、Cu等的氧化以及02、Fe3+的还 原，加快对金属铜的氧化，反应方程式如式（1)和(2) ACNTs具有独特的电子特性和表面微 结构，可催化参加氧化还原反应中物质的氧化，将其修饰在碳棒阴极表面，与碳棒阳极和溶 液构成原电池体系时，能促进单质铜的氧化和〇 2的还原，加快溶液中电子转移速率，从而提 高A.f菌的浸铜效率。上述步骤5中，滤液经过萃取剂进行萃取，其萃取相比0/A为1:1，得到负载铜的萃取有 机相;将萃取有机相经过反萃取剂萃取，得到富铜溶液，萃余液在刮去浮油后循环利用;所 得的富铜溶液进入电解过程，得到电解金属铜，贫铜溶液则返回到萃取过程循环利用。 优选的，萃取剂为铜萃取剂RE609;反萃取剂为硫酸；电解时电流密度200~250A/ m2，电压为2~2.2V，阳极板为铅合金板，阴极板为不锈钢板。 上述步骤5后，还包括将浸出反应所用的碳棒阴极回收，循环利用，继续用于生物 浸出反应的步骤。NCNTs修饰的碳棒电极回收后可以继续使用，因为固定在碳棒电极表面 NCNTs作为催化剂不参与化学反应，其性质结构无明显变化，将其用去离子水清洗干净，自 然干燥后可循环利用，继续用来催化嗜酸氧化亚铁硫杆菌对废弃印刷线路板金属铜的浸 出。 本专利技术的有益效果在于： (1 )NCNTs具有导电特性和微结构，将其修饰在碳棒阴极表面，与碳棒阳极、物理导线以 及浸出液可形成原电池体系。电池的存在能加快反应溶液中的氧化还原反应和电子转移速 率，从而提高A. f菌对废PCB中零价金属铜的氧化能力，提高浸出效率。通过紫外分光光度计 测定浸出液中Fe2+浓度随时间变化，0RP电极监测溶液中的氧化还原电位，pH计测定浸出液 pH，ICP-AES分析浸出液中铜离子浓度可知，一定量的NCNTs修饰在碳棒电极表面可以提高 A. f菌浸出废弃印刷线路板中金属铜的效率； (2)与空白对照组相比，本专利技术提高了嗜酸氧化亚铁硫杆菌从废弃印刷线路板中浸取 铜的效率，而且充分利用碳纳米材料，拓展了其在生物湿法冶金领域的应用。NCNTs修饰碳 棒与生物浸出反应的结合使工艺简单、投资小、对环境友好，可为其在工业应用奠定实践基 础。【附图说明】 图1本专利技术的工艺路线示意图。【具体实施方式】 以下结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步地说明。 图1为本专利技术利用NCNTs修本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用NCNTs修饰碳棒电极提高微生物浸出印刷线路板中铜效率的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，将废弃的印刷线路板经过两级破碎处理，得到废弃印刷线路板的金属富集体；步骤2，制作碳棒阳极和NCNTs修饰的碳棒阴极，阴阳极碳棒面积为0.5~10cm2，NCNTs修饰量为1.0~3.0mg/cm2碳棒面积；步骤3，选取菌种进行驯化培养，提高菌种对铜离子的耐受性；步骤4，将经过驯化处理的菌种接入到装有废弃印刷线路板的反应容器中，将碳棒阳极和碳棒阴极用铜导线相连接放入反应容器中，于25~30℃温度，120~150 r/min转速下的培养箱中浸出5~10天，浸出过程中监测溶液中pH、Fe2+、ORP随浸出时间的变化，5~10天后浸出结束；步骤5，浸出过程完成后，收集浸出液并过滤，得到滤液；将所得滤液依次进行萃取、反萃取和电解过程，得到电解铜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白建峰，费彦肖，王利军，顾卫华，戴珏，赵静，张承龙，罗新云，王景伟，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：上海;31