酸性蚀刻废液中高效电沉积枝状纳米铜的装置与方法

1.本发明涉及金属加工废水中金属电沉积回收技术领域，具体涉及到一种酸性蚀刻废液中高效电沉积枝状纳米铜的装置与方法。

背景技术：

2.中国是有金属资源短缺的国家，金属再生利用与原生金属相比，在成本及节能减排方面具有明显优势，但我国金属回收存在再生率偏低问题，其根本原因是金属回收技术不高，装备水平低。
3.现有技术中化学法使用较为普遍，废水处理成本相对较低，但该技术对药剂投加量和ph值要求较高，存在操作安全隐患且易对环境造成二次污染，沉淀物回收利用需要进一步处理。离子交换技术以离子交换树脂为材料，吸附废水中游离态铜离子。离子交换法回收率高，但离子交换树脂价格昂贵且需要频繁再生，适合小规模回收贵重金属。膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术。该技术不需要投加任何化学试剂，出水水质好，回收的重金属纯度高，但是膜价格较高，易受有机物污染，投资运行成本较高。还有电化学技术，被称为“绿”技术，是一项广受关注的绿废水回收处理技术。但是，这些技术工艺都相对复杂，推广应用需要进一步研究。

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种酸性蚀刻废液中高效电沉积枝状纳米铜的装置与方法。该方法采用一种新型电解槽结构，在动态电沉积过程中，酸性蚀刻废液的流动加速溶液中金属离子的移动，加快晶核形成速度，提高电沉积速率，同时得到纳米级金属铜。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
6.本发明一方面提供一种酸性蚀刻废液中电沉积枝状纳米铜的装置所述装置包括穿透式电解槽、电源、储液池和储气装置；
7.所述穿透式电解槽包括槽体和多孔阳极，所述多孔阳极为空心柱状结构，所述多孔阳极置于槽体内，所述槽体作为阴极，所述槽体的顶端设有出水口，槽体的底端设有进水口，所述多孔阳极的顶端设有出气口；
8.所述储液池与出水口相连；
9.所述储气装置与出气口相连；
10.所述电源正极与多孔阳极相连，所述电源负极与槽体相连。
11.上述技术方案中，进一步地，所述槽体为圆筒状结构，所述槽体由不锈钢制成。
12.上述技术方案中，进一步地，所述穿透式电解槽采用阴极和阳极同轴结构。
13.上述技术方案中，进一步地，所述槽体和多孔阳极上端口和下端口均通过法兰状的橡胶堵头密封。
14.上述技术方案中，进一步地，所述多孔阳极包括石墨管、多孔钛管。
15.上述技术方案中，进一步地，所述装置还包括水泵，所述水泵的入口与储液池相
连，所述水泵的出口与进水口相连。
16.本发明另一方面提供一种酸性蚀刻废液中高效电沉积枝状纳米铜的方法，所述方法采用上述的装置，所述方法包括以下步骤：
17.步骤1：以酸性蚀刻废液为电解质
18.获取铜离子浓度为20～40g/l酸性蚀刻废液，用na2co3调节ph值为4.0～4.5后，得到水溶液电解质；
19.步骤2：电沉积
20.将水溶液电解质注入穿透式电解槽的槽体中，将槽体与电源阴极相连，多孔阳极与电源正极相连，接通电源，进行恒压电沉积，得到沉积在阴极表面的电沉积产物；
21.步骤3：后处理
22.将沉积在阴极表面的电沉积产物从阴极剥离，用去离子水冲洗、干燥、真空封装，制得枝状纳米铜。
23.上述技术方案中，进一步地，所述步骤2中，电沉积恒电压为5-8v，电沉积时间为 2-5h。
24.上述技术方案中，进一步地，制得的纳米铜纯度为53.98％-88.91％。
25.上述技术方案中，进一步地，其特征在于：制得的纳米铜粒径为37.45-57.77nm。
26.本发明的工作原理为：
27.cu
2+
+e-→
cu
+
28.cu
+
+e-→
cu
吸附
[0029][0030]
2h
+
+e-→
h2↑
[0031]
2cl-→
cl2+2e
[0032]
本发明的有益效果为：
[0033]
1、本发明采用穿透式电解槽进行电沉积，在动态电沉积过程中，酸性蚀刻废液的流动加速溶液中金属离子的移动，加快晶核形成速度，提高电沉积速率；
[0034]
2、本发明电沉积产物为纳米铜，微观形貌为枝状，纯度高，本发明制得的纳米铜纯度为53.98％-88.91％；
附图说明
[0035]
图1为本发明酸性蚀刻废液中高效电沉积枝状纳米铜装置结构示意图；
[0036]
其中，1、出水口；2、出气口；3、穿透式电解槽；4、槽体；5、多孔阳极；6、储液池；7、电源；8、水泵；9、进水口；10、储气装置；
[0037]
图2为本发明酸性蚀刻废液中高效电沉积枝状纳米铜装置工作原理图；
[0038]
图3为实施例1电沉积得到金属铜的实物图；
[0039]
图4为实施例1电沉积得到金属铜的电子扫描显微镜图像。
具体实施方式
[0040]
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0041]
一种酸性蚀刻废液中电沉积枝状纳米铜的装置，如图1所示，包括穿透式电解槽3、电源7、储液池6和储气装置10；穿透式电解槽3包括槽体4和多孔阳极5，多孔阳极5为空心柱状结构，多孔阳极5置于槽体4内，槽体4作为阴极，槽体4的顶端设有出水口1，槽体4的底端设有进水口9，多孔阳极5的顶端设有出气口2；储液池6与出水口1相连；储气装置10与出气口2相连；电源7正极与多孔阳极5相连，电源7负极与槽体4相连。
[0042]
槽体4为圆筒状结构，由不锈钢材质制成，且内表面经过打磨光滑处理。
[0043]
多孔阳极5采用表面具有耐腐蚀性的石墨管。
[0044]
穿透式电解槽3采用阴极和阳极同轴结构。
[0045]
槽体4和多孔阳极5上端口和下端口均通过法兰状的橡胶堵头密封，法兰状的橡胶堵头上预留进水口9和出水口1。
[0046]
还包括水泵8，水泵8的入口与储液池6相连，水泵8的出口与进水口9相连，通过水泵8调节废液的流速。
[0047]
实施例1
[0048]
根据酸性蚀刻废液的特征，以氯化铜为模拟废液。
[0049]
(1)配制浓度为20g/l的模拟含铜酸性蚀刻废液1l，用碳酸钠调整至ph为4.0，废液由进水口9进入穿透式电解槽3中；
[0050]
(2)接通电源7，调整可调直流电源7电压为7v，水泵8流量为2l/min，电沉积2小时；
[0051]
(3)将步骤(2)得到的阴极产物取出，用蒸馏水清洗3遍，在鼓风干燥箱中于110 ℃蒸干水分，取出金属铜在研钵中研磨，得到稳定的枝晶层状铜单质。
[0052]
实施例1得到的铜单质纯度为75％，粒径为37.5nm。
[0053]
使用上述方法进行模拟酸性蚀刻废液电沉积铜金属后，模拟废液中铜离子去除效率为99.8％。
[0054]
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有更改和变换。凡在本发明的精神原则范围内所做的任何改变、变化或等同替换等都应包括在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种酸性蚀刻废液中电沉积枝状纳米铜的装置，其特征在于：所述装置包括穿透式电解槽、电源、储液池和储气装置；所述穿透式电解槽包括槽体和多孔阳极，所述多孔阳极为空心柱状结构，所述多孔阳极置于槽体内，所述槽体作为阴极，所述槽体的顶端设有出水口，槽体的底端设有进水口，所述多孔阳极的顶端设有出气口；所述储液池与出水口相连；所述储气装置与出气口相连；所述电源正极与多孔阳极相连，所述电源负极与槽体相连。2.根据权利要求1所述的酸性蚀刻废液中高效电沉积枝状纳米铜的装置，其特征在于：所述槽体为圆筒状结构，所述槽体由不锈钢制成。3.根据权利要求2所述的酸性蚀刻废液中电沉积枝状纳米铜的装置，其特征在于：所述穿透式电解槽采用阴极和阳极同轴结构。4.根据权利要求1所述的酸性蚀刻废液中电沉积枝状纳米铜的装置，其特征在于：所述槽体和多孔阳极上端口和下端口均通过法兰状的橡胶堵头密封。5.根据权利要求1所述的酸性蚀刻废液中高效电沉积枝状纳米铜的装置，其特征在于：所述多孔阳极包括石墨管、多孔钛管。6.根据权利要求1所述的酸性蚀刻废液中高效电沉积枝状纳米铜的装置，其特征在于：所述装置还包括水泵，所述水泵的入口与储液池相连，所述水泵的出口与进水口相连。7.一种酸性蚀刻废液中高效电沉积枝状纳米铜的方法，其特征在于：采用权利1-6任一项所述的装置，所述方法包括以下步骤：步骤1：以酸性蚀刻废液为电解质获取铜离子浓度为20～40g/l酸性蚀刻废液，用na2co3调节ph值为4.0～4.5后，得到水溶液电解质；步骤2：电沉积将水溶液电解质注入穿透式电解槽的槽体中，将槽体与电源阴极相连，多孔阳极与电源正极相连，接通电源，进行恒压电沉积，得到沉积在阴极表面的电沉积产物；步骤3：后处理将沉积在阴极表面的电沉积产物从阴极剥离，用去离子水冲洗、干燥、真空封装，制得枝状纳米铜。8.根据权利要求7所述的酸性蚀刻废液中高效电沉积枝状纳米铜的方法，其特征在于：所述步骤2中，电沉积恒电压为5-8v，电沉积时间为2-5h。9.根据权利要求7所述的酸性蚀刻废液中高效电沉积枝状纳米铜的方法，其特征在于：制得的纳米铜纯度为53.98％-88.91％。10.根据权利要求7所述的酸性蚀刻废液中高效电沉积枝状纳米铜的方法，其特征在于：制得的纳米铜粒径为37.45-57.77nm。

技术总结

本发明涉及金属加工废水中金属电沉积回收技术领域，具体涉及到一种酸性蚀刻废液中高效电沉积枝状纳米铜的装置与方法。所述装置包括穿透式电解槽、电源、储液池和储气装置；所述穿透式电解槽包括槽体和多孔阳极，所述多孔阳极为空心柱状结构，所述多孔阳极置于槽体内，所述槽体作为阴极，所述槽体的顶端设有出水口，槽体的底端设有进水口，所述多孔阳极的顶端设有出气口；所述储液池与出水口相连；所述储气装置与出气口相连；所述电源正极与多孔阳极相连，所述电源负极与槽体相连。本发明在动态电沉积过程中，酸性蚀刻废液的流动加速溶液中金属离子的移动，加快晶核形成速度，提高电沉积速率，同时得到纳米级金属铜。同时得到纳米级金属铜。同时得到纳米级金属铜。