描述极端嗜酸细胞细菌(Acidithiobacillus ferrooxidans从灵活的PCB通过icp - aes) Bioleaching铜

文摘

为了提高铜浸出效率的柔性印刷电路板(PCB)Acidithiobacillus ferrooxidans,有必要定量测量细菌bioleaching极端的酸性条件下铜从灵活的PCB。电感耦合等离子体原子发射光谱(icp - aes)是一种非常精确的方式来分析金属解决方案;本文研究了铜bioleaching的最优条件Acidithiobacillus ferrooxidans通过icp - aes柔性印刷电路板。条件包括柔性线路板粉末颗粒大小、数量的灵活的PCB粉、初始pH值的培养基,细菌接种,FeSO细菌活化时间和数量₄h·7₂o . icp - aes测定之前,文化解决方案被王水消化。实验结果表明,柔性印刷电路板包含一个主要金属(铜);这是与柔性印刷电路板的结构有关。在50毫升介质的优化条件,灵活的PCB 10 g / L,颗粒大小灵活的PCB 0.42 ~ 0.84毫米,培养基初始pH值2.5,细菌接种5%,细菌活化时间5 d, FeSO和数量₄h·7₂O 30 g / L。在优化条件下,铜的浸出率为90.10%,比空白组高出42.4%。icp - aes测定,得出了对应的最佳波长(nm)的铜将224.7 (nm)。

1。介绍

随着技术的发展,印刷电路板(PCB)制造技术已广泛得到改善。传统的刚性PCB不能应用在许多领域,因为它缺乏灵活性,nonfolding,散热差,等等。柔性印刷电路板,通过使用聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材,与高可靠性和灵活性的优势,使的可能性轻,小,薄电子产品(笔记本电脑、手机)1]。然而,如果灵活的PCB不能回收或妥善治疗,重金属,如铅、铜、和镍在柔性电路板会造成环境污染,这将是对人类有害(2- - - - - -4]。此外,根据自己的特点,灵活的PCB高金属含量特别是三个金属金、铜和镍。金属资源日益稀缺的今天,浪费灵活PCB重要性一样浪费刚性的PCB,这都是非常好的“二次资源”高值,并可回收利用。

如今,物理和化学方法从严格的PCB中提取金属的主要应用程序(5- - - - - -7]。由于高能源消费和无能处理PCB的深度、物理方法不被认为是一种经济的方式从PCB中提取金属(8]。化学方法,无论是酸或碱处理,消耗大量的试剂和产生大量的“三废”,这将导致行业(大规模应用的局限性7]。近年来,微生物方法一直是科学家们的广泛关注由于其低化学试剂的消耗,能源,减少环境污染,等等。研究发现(9- - - - - -11微生物冶金功能包含)Acidithiobacillus,黑曲霉,氰化物细菌等等,这可以使用螯合效应的氧化和酸溶性代谢物提取零价金属从废弃印刷电路板。特别是,Acidithiobacillus ferrooxidans能生存和扮演bioleaching从PCB极端的酸性条件下金属。

icp - aes是光谱分析方法使用电感耦合等离子体矩作为激发光源(12]。经过多年的发展,技术已经逐渐成熟。快速分析等优点,精度高,和多元素同时分析,icp - aes等被广泛应用于领域环境,食品,医药,化工,需要定性和定量分析的金属阳离子(13]。

当前工作的目的是使用的描述Acidithiobacillus ferrooxidans从灵活的PCB通过icp - aes bioleaching铜。基于icp - aes的结果,一系列优化了计算出最佳条件bioleaching铜从柔性印刷电路板Acidithiobacillus ferrooxidans;那么结果可能是其进一步的工业应用的理论基础。

2。材料和方法

2.1。柔性印刷电路板的来源

柔性印刷电路板,作为高科技电脑的主板,是获得电子有限公司在扬州,江苏,中国。因为没有灵活的PCB组件组装,他们被干燥粉碎和分级筛分直接在实验室。灵活的PCB之前和之后的照片被压如图1。

柔性印刷电路板的主要金属的浓度决定了icp - aes快速筛查以下波长(nm):铜(224.7、324.7和327.3)。和粒径的筛分数被灵活的PCB 0.25 ~ 0.42毫米,0.42 ~ 0.84毫米,分别为0.84毫米。(这三个浓度的金属粒子大小有表1。)

2.2。菌种和培养基

实验中使用的隔离中恢复了酸性矿山排水来自德兴铜矿,中国江西省。隔离被确定为Acidithiobacillus ferrooxidans(14]。嗜酸细菌生长在9 k介质,其组件:FeSO₄h·7₂O 40 g (NH₄)₂所以₄3.0 g、K₂HPO₄0.5 g, MgSO₄0.5 g,氯化钾0.1 g, Ca(没有₃)₂0.01克,1000毫升蒸馏水,通过硫酸调整pH值2.5。

2.3。分析方法

在实验过程中,营养液酸碱化验了计(缝匠肌PB-10),和灵活的PCB铜被王水溶解消化(盐酸和HNO₃比3:1)(14),分析了icp - aes(美国热A6300) [15]。要获得准确、可靠的结果,以平均测量数据,计算标准偏差,然后情节起源。icp - aes仪器参数和分析金属浓度参数表2和3。

2.4。实验设计

为了得到优化条件的铜bioleaching柔性印刷电路板Acidithiobacillus ferrooxidans,溶解金属被icp - aes分析,从而确定最优条件基于成果的分析。在这些实验的基础上六个因素,颗粒大小灵活的PCB粉、PCB粉量灵活,初始pH值的培养基,接种细菌,细菌活化时间和数量的FeSO₄h·7₂啊,单因素实验设计。表4上市的条件实验。

实验条件设置:瓶(zhwy - 2112 b)转速125 r / min,温度28°C。每个实验重复三次,平均实验数据将采取。

3所示。结果与讨论

3.1。铜的选择^{2 +}最佳检测波长

在不同波长,不同浓度的标准样品强度测量值和标准样品和强度值之间的线性方程建立在这些实验来确定最佳检测波长。不同的标准样品和强度值见表5。

根据表5波长选择224.7 nm时,比其他两个线性方程,所以最好的检测波长被发现(铜224.7海里)。

3.2。粒子大小的影响与灵活的PCB铜浸出效率

实验1中条件、介质pH值随着时间的推移而改变,如图2(一个)。在这个实验中,三个不同粒径补充道,在24小时;当粒子尺寸的0.84毫米和0.42 ~ 0.84毫米添加了PCB,介质的pH值迅速从最初的2.0上升到3.5附近,而在相应的时间段PCB的颗粒大小是增加了0.25 ~ 0.42毫米;粒度介质pH值仅增长到2.5;24 - 48小时之内,当粒径PCB添加0.25 ~ 0.42毫米,介质的pH值增加到3.3,而在相应的时间段粒子大小> 0.84毫米和0.42 ~ 0.84毫米PCB添加;介质的pH值已经超过3.5。48小时后,这三种不同粒径的介质pH值下降到一定程度上,往往一个平稳的趋势。原因中pH值的增加,一方面,是铁的氧化^{2 +}对菲^{3 +}在细菌的作用下,与酸消费过程中;另一方面,PCB本身是由一些碱性的物质。因为大的PCB,其碱性物质不能立即释放;不同大小的PCB添加时,介质的pH值不一致。只有在反应开始某种程度上,将碱性被释放。48小时后,pH值出现下降,铁^{3 +}反应发生,铜是一个部分的反应和水解反应的其他部分。72 h后,pH值缓慢上升;可能的原因是,菲^{3 +}已经转向菲^{2 +}和菲^{2 +}是铁氧化^{3 +}在细菌的作用下。

如图2 (b)之后,5天的—当粒径为0.42 ~ 0.84毫米,铜的浸出效率已经达到了78.97%,这是最高的三个粒子大小。可能的原因是,粒径变小,细菌和PCB之间的表面接触区域变得更大,因此,铜的浸出效率提高;但当PCB粒度太小,解决方案会减少氧气和细菌的生长受阻,因此浸出效率降低。

3.3。灵活的PCB数量对铜浸出效率的影响

图3(一个)显示,当添加了1.0和1.5 g PCB粉末,pH值的变化趋势是一致的;0.5 g PCB粉添加时,培养基pH值升至峰值在72 h,然后趋于平稳下降。PCB粉越多越高其培养基博士可能原因是PCB本身有碱性物质。越是PCB粉添加,碱性物质进入了培养基,导致溶液的pH值越来越高。

PCB粉添加量增加,5天后,在PCB铜的浸出率降低,如图3 (b);最好的PCB粉数量是10 g / L。这一现象的原因可能是,没有驯化,细菌在实验中不能容忍高剂量的PCB粉,导致PCB粉量的铜浸出率成反比。

3.4。最初的培养基pH值对铜浸出效率的影响

实验组的初始pH值是1.5,2.0,2.5,随着实验的进行,培养基pH值升至峰值在48 h,然后趋于平稳,如图4(一)。条件的初始pH值1.5、2.0或2.5,5天后,浸出率差异不显著,如图4 (b),这表明培养基初始pH值并不影响铜浸出效率的主要因素。作为最优增长的pH值Acidithiobacillus ferrooxidans是2.0 ~ 3.5,pH值2.5被选为最佳浸出pH值在这个实验中。

3.5。不同的细菌接种对铜浸出效率的影响

图5 (b)结果表明,接种Acidithiobacillus ferrooxidans量为5%,5天后,铜浸出率为99.79%。在0 - 96 h时期,尽管不同的接种量,培养基pH值变化趋势是一致的。96 h后,组中有10%的接种量、介质pH值开始再次上升;相反,组中5%的接种量、培养基pH值开始下降,如图5(一个)。可能的原因是,与细菌接种量的增加,细菌在介质急剧增加,使铁^{2 +}变成铁^{3 +}又造成了培养基pH值第二次上升。五天后,该集团的浸出率5%接种量高于10%。

3.6。细菌活化时间对铜浸出效率的影响

从图6(一)在96 h,不同的细菌处理不同活化时间;培养基pH值的变化趋势是一致的,96 h后,细菌群的激活时间5 d,其培养基pH第二次开始上升,这是符合pH值变化如图接种容量的10%5(一个)。可以看到从图6 (b),当细菌活化时间5 d,铜的浸出率最高,达到了86%。可能的原因是细菌5 d后的对数生长期的细菌活化,最高的活动。

3.7。FeSO效果₄h·7₂O数量对铜浸出效率

如图7(一),大量的铁就越大^{2 +}是,培养基pH值就越低,这是普遍认为,菲^{2 +}成为菲^{3 +}酸消费的过程中,细菌和空气cooxidation的结果。这些结果可能的原因Acidithiobacillus ferrooxidans某些对菲^{2 +}。高水平的铁^{2 +}在一定程度上抑制细菌氧化,导致培养基pH值普遍偏低。如图7 (b)显示,如FeSO的数量₄h·7₂O 30 g / L,铜的浸出率是最高的。

4所示。结论

(1)icp - aes是一种非常精确的方式来分析金属解决方案。溶液中铜的浓度决定了icp - aes bioleaching之后。最好的波长(nm)铜(224.7),充分发挥了icp - aes的优点是简单的操作过程和多元素同时分析,实验结果准确。(2)这项工作的结果表明,柔性印刷电路板的最佳浸出条件粒度0.42 ~ 0.84毫米,柔性印刷电路板10 g / L,初始培养基pH值2.5,细菌接种5%,细菌活化时间5 d, FeSO和数量₄·H₂O 30 g / L。(3)在最佳条件下,铜浸出率可达90.10%,5天的孵化。

信息披露

Weihua顾是共同第一作者。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

Weihua顾和剑锋白了同样的工作。

确认

金融支持这项工作的项目“国家高技术研究发展计划(2013 aa040207),”“中国国家自然科学基金(21307080),”“上海市教育委员会科研创新项目(12 zz194),”“广东省战略性新兴产业(2012 a032300017)”和上海理工大学重点学科(XXKYS1404)是感激地感谢。

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