廢棄電子腳中錫的電化學回收及納米二氧化錫的制備省公開課金獎全國賽課一等獎微課獲獎課件

廢棄電子腳中錫電化學回收及納米二氧化錫制備作者：王圣，周道遠，胡偉指導教師：石建軍化學工程學院 節(jié)能減排，綠色能源1/23匯報內容研究背景及意義本試驗創(chuàng)新點試驗部分試驗結果及分析經濟與環(huán)境效益分析應用前景2/23研究背景及意義伴隨電子信息工業(yè)飛速發(fā)展，電子廠在生產過程中產生大量電子腳廢料。當前卻極少相關于科學回收電子腳上金屬報道。缺乏科學方法，造成每年大量資源被浪費。為提倡“節(jié)能減排”，科學高效利用廢棄電子腳，本作品研究了從廢棄電子腳上回收錫資源并直接制備納米SnO2。3/23慣用從金屬廢料中回收錫方法化學法1，利用高濃度氫氧化鈉溶解鍍錫，并用氧化劑使之氧化生成錫酸鈉，再深入回收錫。2，采取CuSO4置換反應方法回收鍍錫廢料表面錫。3，氯氣與廢料中錫反應生產SnCl4，利用SnCl4沸點較低特點，從而實現錫分離。電化學方法則主要采取“犧牲”陽極法。4/23上述方法不足點上述方法無法直接制取納米二氧化錫。反應試劑不能循環(huán)利用，反應后產生大量有害物質，污染環(huán)境。試劑量很大，對反應設備腐蝕性較大，嚴重影響設備使用壽命，成本較高。5/23

本研究創(chuàng)新點1，直接以廢棄電子腳為原料合成納米SnO2，大大簡化了傳統(tǒng)先從廢料上回收錫，再制備納米SnO2生產程序，含有較短生產周期。2，本作品在電解液中加入絡合劑檸檬酸鈉，并在超聲下電解，以此制備出粒徑較小、粒度分布較窄納米SnO2。3，含有很好選擇性，較高電解效率，相比其它方法愈加節(jié)能，含有很好經濟效益。4，整個反應過程中無有害物產生，含有很好環(huán)境效益。5，自設計了一套簡單高效、可調極間距電解槽，使操作愈加簡單、方便、安全。6/23 本作品對NaOH濃度，電流密度，電解時間，極間距，超聲，檸檬酸鈉用量等影響原因進行討論，以制備粒徑尺寸、顆粒形狀較理想納米SnO2，并確定產率較高，較節(jié)能，經濟效益和環(huán)境效益較好時條件，從而實現“節(jié)能減排”目標。7/23試驗部分2.1原料與試劑電子廠廢棄電子腳，鈦片（2.8cm*10cm

），NaOH(分析純，無錫亞盛化工有限企業(yè))，檸檬酸鈉（分析純，蚌埠化學試劑廠），去離子水。2.2試驗設備和分析儀器直流電源用SS1792型可跟蹤直流穩(wěn)定電源；KQ3200E型超聲波清洗器；掃描電子顯微鏡（HitachiS-4800）,X射線衍射儀（XRD-6000,日本島津，銅靶，λ=0.15418nm）；FM真空干燥箱；TGL-18C高速離心機；YFX7-120-60馬弗爐；8/23自設計可調極間距電解槽1—電解余熱回收裝置；2—電解槽；3—電解液加料口；4—陰極（鈦片）；5—電極滑竿；6—溫度計；6—陽極（電子腳）；8—氫氣回收口；9—超聲發(fā)生器；10—直流電源9/232.3試驗過程10/233.1最優(yōu)電解液濃度，電解時間，電解電流選擇在堿性條件下，錫活性大于鐵，所以最外層錫首先被氧化。反應以下所表示：

陽極：Sn+4OH－-4e→Sn(OH)4↓

陰極：4H2O+4e→2H2↑+4OH-結果和討論11/23圖1.電解時間和電解電壓對二氧化錫產率影響cNaOH：0.5mol/LcNaOH：1.0mol/LcNaOH：0.1mol/L3.2電解時間和電解電壓對產率影響12/23圖2.極間距與槽電壓關系曲線3.2陰陽極間距對產率影響圖3.不一樣極間距下電解產率13/23空化效應粉碎二氧化錫團聚減小濃差極化提升電極電化學活性3.3超聲作用圖4.超聲對電解電壓影響14/233.4最優(yōu)絡合劑用量選擇減小陽極附近錫離子濃度檸檬酸絡合物空間結構較大，增大了納米粒子間空間位阻減小槽電壓圖5：加入不一樣檸檬酸鈉電解產率15/233.5產物結構與形貌表征XRD分析圖6

煅燒前后產物XRD對照A-煅燒前產物；B-煅燒后產物斜方晶型SnO2立方晶型SnO216/23掃描電鏡表征（SEM）圖7SEM表征－煅燒后產物尺寸和形貌圖3.5產物結構與形貌表征如圖A所表示，尺寸均一粒徑為100nm，放大SEM圖(圖B

)顯示了SnO2立方相晶體結構。17/23綜上，電解液NaOH濃度為0.5mol/L，錫與檸檬酸鈉比約為3:5，極間距控制為8cm，在3A電流下電解1h，產率較高且較為節(jié)能。18/23經濟效益分析電解1噸電子腳收支情況以下表所表示：最終贏利約為34500+24975-10000-290-1475-115=47595元，經濟效益較為可觀。支出收益材料費用/元材料

費用/元電子腳10000納米二氧化錫34500NaOH290剩下鐵、銅24975電耗1475檸檬酸鈉115經濟與環(huán)境效益分析19/23環(huán)境效益：本作品直接從廢料一步合成納米二氧化錫，可比普通電化學方法節(jié)約約50%電能。電子腳循環(huán)利用過程如圖8所表示。相比較于普通化學方法，本方法消耗試劑量較少，電解過程不排放任何有害物質，且反應廢液為氫氧化鈉溶液，其中不含有害物質，能夠回收再利用，不對環(huán)境造成污染。有非常好環(huán)境效益，真正做到了“節(jié)能減排”。20/23圖13.電子腳回收循環(huán)利用示意圖21/23本作品以較少成本將廢棄電子腳變廢為寶，以較低成本和較高產率，制備出應用領域遼闊納米SnO2，整個過程對環(huán)境友好，含有很好經濟效益和環(huán)境效益。本作品方法擴大規(guī)模應用于