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废弃印刷线路板的热解机理及产物回收利用的试验研究

孙路石

  伴随着科学技术的飞速发展,电子产品的数量急剧增加而且使用周期不断缩短,当今世界正面临着前所未有的电子废弃物浪潮。越来越严格的法律法规对电子废弃物的处理与回收提出了更高的要求,日益增长的环境保护意识也推动了电子废弃物的回收处理工作的开展。其中,作为一种数量巨大的典型电子废弃物,废弃印刷线路板的合理处置及回收是一个相当复杂的问题,正引起世界各国研究者的广泛重视。但是目前我国的相关的基础研究还十分缺乏。本文首先概述了目前国际上用于处理废弃印刷线路板的主要技术方法,对不同处理方法的优势及存在的问题进行分析与评价。在对废弃印刷线路板的结构和组成特性深入分析的基础上,结合热解技术在固体废弃物处理过程中所具有的固有优势,提出采用热解法进行废弃印刷线路板处理与资源化回收的研究思路,在试验研究的基础上进行可行性的科学论证。本文主要从以下几个方面开展研究:深入研究金属和非金属成分的物化性质的变化行为对于印刷线路板处理技术的选择和处理系统的完善具有重要意义。本文从定性和定量的角度确定了废弃印刷线路板上主要成分的物理化学特征。研究了废弃印刷线路板的主要成分在机械处理过程中的物理性质的变化。研究表明,颗粒的粒径分布、形状、密度等物理性质对不同物质的分离与释放特性具有重要影响。本文选择使用广泛、具有代表性的 FR-4 型印刷线路板作为研究对象,分别在实验室管式炉试验台架和热天平上进行热解实验,考察样品的热解过程及主要因素的影响作用。研究发现,气氛条件、热解升温速率、热解终温和颗粒尺寸对于印刷线路板的热解反应过程具有重要影响。热解产物性质的分析表征及回收利用的可行性评价是本文的另一重要内容。本文采用现代分析科学的研究方法对印刷线路板样品热解产物的组成、分布、分子结构以及理化等性质进行了深入剖析,并对不同产物的资源化利用途径进行了探讨。本文应用高分子化学结构与反应理论,研究了印刷线路板中主要有机成分——溴化环氧树脂在惰性气体中的热解步骤和产物的生成机理。研究表明,溴化环氧树脂成分的热解反应划分为以下三个阶段:溴化环氧树脂中溴化成分的分解,溴化环氧树脂中非溴化成分的分解以及焦炭的形成。在对 HBr 生成机理以及目前常用的 HBr 回收处理方法研究的基础上,提出 Cl2氧化、蒸馏和碱液中和等废弃印刷线路板热解 HBr产物的回收处理途径,并对 HBr 回收的经济性进行评价。描述发生在主要区域的热解机理是建立印刷线路板样品的热解动力学模型的基础。本文应用反应动力学分析理论证实印刷线路板热解反应分为 3 个主要阶段,基于曲线峰分离理论,采用高斯函数法对印刷线路板热重分析曲线进行解析,建立印刷线路板样品热解反应动力学模型。通过热重实验与模型模拟结果的比较,证明所建立的动力学模型能够较为准确地预测印刷线路板样品的热解反应程度,具有较好的可靠性。最后,对全文的研究内容和结论进行总结,探讨了废弃印刷线路板处理研究的发展方向,明确下一步工作的主要研究内容。……   
[关键词]:废弃印刷线路板;热解;资源化回收;溴化环氧树脂;电子类废弃物
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:华中科技大学2004年