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1、废弃电子脚中锡的电化学回收及纳米二氧化锡的制备,作者：王圣，周道远，胡伟 指导教师：石建军 化学工程学院,节能减排，绿色能源,汇报内容,研究背景及意义 本实验创新点 实验部分 实验结果及分析 经济与环境效益分析 应用前景,研究背景及意义,随着电子信息工业的飞速发展，电子厂在生产过程中产生大量的电子脚废料。 目前却很少有关于科学回收电子脚上金属的报道。缺乏科学的方法，导致每年大量资源被浪费。 为倡导“节能减排”，科学高效的利用废弃电子脚，本作品研究了从废弃电子脚上回收锡资源并直接制备纳米SnO2。,常用从金属废料中回收锡的方法,化学法 1，利用高浓度的氢氧化钠溶解镀锡，并用氧化剂使之氧化生成锡酸
2、钠，再进一步回收锡。 2，采用CuSO4置换反应方法回收镀锡废料表面的锡。 3，氯气与废料中的锡反应生产SnCl4，利用SnCl4沸点较低的特点，从而实现锡的分离。 电化学方法则主要采用“牺牲”阳极法。,上述方法不足点,上述方法无法直接制取纳米二氧化锡。 反应试剂不能循环利用，反应后产生大量有害物质，污染环境。 试剂量很大，对反应设备的腐蚀性较大，严重影响设备的使用寿命，成本较高。,本研究创新点,1，直接以废弃电子脚为原料合成纳米SnO2，大大简化了传统的先从废料上回收锡，再制备纳米SnO2的生产程序，具有较短的生产周期。 2，本作品在电解液中加入络合剂柠檬酸钠，并在超声下电解，以此制备出粒径
3、较小、粒度分布较窄的纳米SnO2。 3，具有较好的选择性，较高的电解效率，相比其他方法更加节能，具有较好的经济效益。 4，整个反应过程中无有害物产生，具有很好的环境效益。 5，自设计了一套简单高效、可调极间距的电解槽，使操作更加简单、方便、安全。,本作品对NaOH浓度，电流密度，电解时间，极间距，超声，柠檬酸钠用量等影响因素进行讨论，以制备粒径尺寸、颗粒形状较理想的纳米SnO2，并确定产率较高，较节能，经济效益和环境效益较好时的条件，从而实现“节能减排”的目的。,实验部分,2.1原料与试剂 电子厂废弃电子脚，钛片（2.8cm*10cm ），NaOH(分析纯，无锡亚盛化工有限公司)，柠檬酸钠（分
4、析纯，蚌埠化学试剂厂），去离子水。 2.2实验设备和分析仪器 直流电源用SS1792型可跟踪直流稳定电源；KQ3200E型超声波清洗器；扫描电子显微镜（Hitachi S-4800）,X射线衍射仪（XRD-6000,日本岛津，铜靶，=0.15418nm）；FM真空干燥箱；TGL-18C高速离心机；YFX7-120-60马弗炉；,自设计可调极间距电解槽,1电解余热回收装置；2电解槽；3电解液加料口；4阴极（钛片）；5电极滑竿；6温度计；6阳极（电子脚）；8氢气回收口；9超声发生器；10直流电源,2.3实验过程,3.1 最优电解液浓度，电解时间，电解电流的选择 在碱性条件下，锡的活性大于铁，所以最
5、外层锡首先被氧化。 反应如下所示： 阳极：Sn+4OH-4eSn(OH)4 阴极：4H2O+4e2H2+4OH-,结果和讨论,图1. 电解时间和电解电压对二氧化锡产率的影响,cNaOH：0.5mol /L,cNaOH：1.0mol /L,cNaOH：0.1mol /L,3.2 电解时间和电解电压对产率的影响,图2. 极间距与槽电压关系曲线,3.2 阴阳极间距对产率的影响,图3.不同极间距下的电解产率,空化效应 粉碎二氧化锡的团聚 减小浓差极化 提高电极的电化学活性,3.3 超声的作用,图4. 超声对电解电压的影响,3.4 最优络合剂用量的选择,减小阳极附近锡离子浓度 柠檬酸络合物的空间结构较大
6、，增大了纳米粒子间的空间位阻 减小槽电压,图5：加入不同柠檬酸钠的电解产率,3.5 产物的结构与形貌的表征,XRD分析,图6 煅烧前后产物XRD对照 A-煅烧前产物；B-煅烧后产物,斜方晶型SnO2,立方晶型SnO2,扫描电镜表征（SEM）,图 7 SEM表征煅烧后产物的尺寸和形貌图,3.5 产物的结构与形貌的表征,如图A 所示，尺寸均一粒径为100nm， 放大的SEM图(图B )显示了SnO2的立方相晶体结构。,综上，电解液NaOH浓度为0.5mol/L，锡与柠檬酸钠比约为3:5，极间距控制为8cm，在3A电流下电解1h，产率较高且较为节能。,经济效益分析 电解1吨电子脚的收支情况如下表所示
7、：,最终获利约为34500+24975-10000-290-1475-115=47595元，经济效益较为可观。,经济与环境效益分析,环境效益：本作品直接从废料一步合成纳米二氧化锡，可比普通电化学方法节约约50%的电能。电子脚循环利用过程如图8所示。相比较于普通化学方法，本方法消耗试剂量较少，电解过程不排放任何有害物质，且反应废液为氢氧化钠溶液，其中不含有害物质，可以回收再利用，不对环境造成污染。有非常好的环境效益，真正做到了“节能减排”。,图 13. 电子脚回收循环利用示意图,本作品以较少的成本将废弃电子脚变废为宝，以较低的成本和较高的产率，制备出应用领域广阔的纳米SnO2，整个过程对环境友好，具有较好的经济效益和环境效益。 本作品方法扩大规模应用于工业生产时，生产过程中所有试剂均可以循环利用，可以达到污染物零排放，扩大反应器规模以后可以大幅降低电耗，并通过配套的热交换装置实现电解过程产生的余热的综合利用，大大降低了普通方法的能源消耗和废物排放，从而显著的达到“节能减排”的目的。,应用前景,