[发明专利]一种选择性吸附金离子的多孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用香蕉皮，制备含有-OH，-NH₂等能络合金离子功能基团且具备较高比表面积的多孔碳，及其从废弃电子线路板中提取金离子的应用。

背景技术

随着家用电器、手机和电脑等更新换代的加速，产生了大量的废弃电子线路板。而废弃的电子线路板中含有丰富的金属资源，如铅、锡、铜、铁、镍, 金,钯等，特别是金、铂、钯等贵金属的含量比矿石中的含量高10-100倍。因此，从废弃电子线路板中回收金属资源，不仅具有较好的社会效益，而且具有较好经济效益。在实际从废弃电子板回收金属资源过程中，由于金、铂等贵金属的含量比铜、铅、锡等金属少很多，如果处理不当，很容易在回收过程中流失。如何将金属金、铂、钯等贵金属与其他金属优先分离并有效富集是金属资源回收的关键。

采用活性碳吸附是从废弃电子线路板中回收金的常用方法。但一般的活性炭对金的吸附容量小，且对线路板中常见的铜、铁、镍、锡、铅等金属离子的选择性差。

香蕉皮作为一种农业垃圾，来源相当丰富，价格低廉，同时含有大量的如-OH、-COOH、-NH₂等有机基团。文献报道记载，利用其丰富的有机基团，干燥后的香蕉皮可以用于吸附Cu²⁺、 Pb²⁺和Cr²⁺等金属离子和酚类化合物等有机物质。同时，香蕉皮中含有具有还原性能的基团，利用这些还原性物质，可从香蕉皮中提取汁液，还原制备Au，Ag，Pt等纳米粒子。香蕉皮还是制备多孔碳的极佳材料。香蕉皮是由大量生物细胞构成的，通过化学活性剂的刻蚀和一定温度下的碳化，能够得到比表面积很大的多孔碳材料。

发明内容

本发明是利用香蕉皮的生物多孔性和丰富的有机基团，控制碳化温度，分解具有还原性的基团(-COOH)，并破坏参与络合其他金属离子的有机基团（多糖、蛋白质等），制备得到既包含有-OH、-NH₂功能基团，又具有较大的比表面积的多孔碳材料。利用该多孔碳材料，来选择性地吸附从废弃电子线路板浸出的金离子，达到与其他金属分离的目的。

本发明解决的首要技术问题是，寻找合适的温度及相关工艺，使香蕉皮中的还原性基团和能够络合其他金属的有机物在碳化过程中分解，而保留能够络合贵金属的有机基团，并制备得到具有巨大表面积的多孔碳材料。

本发明采用的技术方案是：

一种选择性吸附金离子的多孔碳材料，所述多孔碳材料按以下方法制备得到：将香蕉皮充分洗涤后置于烘箱中，在50~80℃下烘干48~80 小时后，用电动粉碎机粉碎，采用100目的筛子筛分，得到香蕉皮粉末；香蕉皮粉末在氮气气氛下的管式炉中，加热至300~500℃温度，碳化1~5 h，制备得到所述选择性吸附金离子的多孔碳材料。

所述氮气气氛优选使用纯度为99%的氮气。

所述碳化的温度优选为500℃。

所述管式炉中要保证充满氮气，在不断通入的氮气情况下，氮气的进气速率通常为0.1~1 L／min。

所述管式炉中从室温升温至300~500℃的升温速率一般控制在1~20℃/分。

所述香蕉皮可选用任意品种或产地的香蕉的表皮，它们都适用于本发明方案。

本发明提供的选择性吸附金离子的多孔碳材料可应用于从废弃电子线路板中回收金。

具体的，所述应用的方法为：

(a) 将废弃电子线路板粉碎，通过磁选分离得到金属粉末和非金属粉末，将金属粉末用强酸溶解，得到含金离子的金属溶解液；

(b) 调节金属溶解液的pH值为1-4（优选调pH值为2.5），将多孔碳材料放入金属溶解液中，室温下搅拌1~6 小时后过滤，得到滤液和滤渣，滤渣即为吸附有金离子的多孔碳材料；所述多孔碳材料的质量用量以金属溶解液的体积计为0.1-5.0g/L（优选1~2g/L）;

(c) 滤渣用洗涤溶剂充分洗涤，所述洗脱溶剂为含有0.7~1mol/L硫脲和2 ~3mol/L的HCl的混合溶液，洗涤后过滤得到含Au[SC(NH₂)₂]₂Cl的溶液，滤饼为重新活化的多孔碳材料，用蒸馏水洗涤后可重复使用。

所述步骤(a)中的强酸用以溶解金属粉末，优选使用王水，王水即浓硝酸与浓盐酸以体积比1:3混合的混合酸。

所述步骤(b)中调节金属溶解液的pH值可采用常用的盐酸和氢氧化钠溶液根据实际情况来调节。