【摘要】：不同材料性能均有所不同,由于產(chǎn)品的要求互不相同,要將兩種或多種材料結合在一起制成復合包裝材料。電子產(chǎn)品包裝用廢鍍鋁膜就是將聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)和鋁(Al)復合而成的兼具塑料和鋁特性的功能材料,其具有較輕的質(zhì)量、良好得耐磨性和熱穩(wěn)定性,因此比較容易加工成形,方便了人們的生活,但是也由此來了一系列隱患。尤其是隨著電子產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代,廢電子產(chǎn)品包裝用鍍鋁膜也逐漸增多。在沒有行之有效的回收方法和處理工藝時,廢鍍鋁膜一方面要么被作為生活垃圾處理,另一方面要么被焚燒處理或填埋處理。焚燒處理會釋放出大量有毒有害氣體,甚至釋放出二VA英等致癌物質(zhì)。而填埋則會造成土壤板結,植物生長受到抑制,并隨著長期雨水沖刷使土壤和地下水受污染。目前鋁塑分離主要有機械法、化學法或機械-化學法。機械法是利用鋁塑的熔點不同從而將塑料氣化以達到鋁塑分離,其缺點是能耗大,且排放出CO_2等有害氣體,其次是僅僅只能回收其中的鋁,而且塑料只能以熱能的形式回收,利用價值不高。化學法主要是通過酸或堿溶解鋁層,但強酸強堿對設備具有腐蝕作用,而且存在二次污染問題。典型的廢舊鋁塑分離的機械-化學法主要是廢鋁塑首先在風力的作用下,進入裝有分離劑的反應罐,經(jīng)過順時針轉(zhuǎn)動,逆時針轉(zhuǎn)動放料,最后經(jīng)兩級分離篩將鋁塑進行分離和回收。因此,尋求一種有效的鋁塑分離的工藝勢在必行。目前,微生物法由于其環(huán)境友好性、能耗低、不存在二次污染從而獲得廣泛關注,可用來浸出金屬的微生物主要為嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,以下簡稱A.f菌)、嗜酸性氧化硫硫桿菌(Acidithiobacillus thiooxidans,以下簡稱A.t菌)。其可通過二價鐵離子的氧化從而實現(xiàn)對金屬的浸出。本研究通過利用嗜酸菌的嗜酸性和鋁離子可以在酸性條件下大量共存等特點進行鋁塑分離。選擇性的馴化了耐高濃度鋁離子的A.f菌和A.t菌,并通過連續(xù)的周期馴化培養(yǎng),探究微生物處理包裝用鍍鋁膜的實驗效果,并對其實驗條件進行優(yōu)化,分析其浸出機理。以期為今后的工業(yè)脫鋁提供一定的技術支持。由此得到了以下結論:(1)利用王水消解法對0.5-3mm之間的不同粒徑金屬鋁富集體的包裝用廢鍍鋁膜進行消解,不同粒徑所含鋁量不同。隨著粒徑的減小,鋁的含量逐漸增加,在粒徑小于0.5mm時,鋁量增加不顯著,約占脫鋁膜的18%,表明其鋁資源回收價值高。但由于王水消解法使用的強酸廢液存在二次污染問題,因此,利用無二次污染的微生物處理方法實現(xiàn)鋁塑分離十分必要。(2)通過逐步增加鍍鋁膜的添加量,對A.f、A.t、A.f和A.t共培養(yǎng)菌進行馴化培養(yǎng),最終得到對Al~(3+)耐受性高的馴化菌株,選取第5代馴化菌株實驗菌株,分析比較不同處理方式在不同條件下的處理效率,三種接種處理方式在粒徑小于0.5mm時對鋁的浸出率分別達到79.42%、57.24%、68.96%。對照不接菌組的浸出率分別為16.24%、10.39%、12.96%。在同一固體濃度的浸出條件下,三種接種處理方式在最佳固液比的條件下對鋁的浸出率分別達到83.29%、64.58%、72.33%。對照不接菌組的浸出率分別為19.58%、13.76%、15.23%。在同一培養(yǎng)基初始pH的浸出條件下,三種接種處理方式在最佳pH的條件下對鋁的浸出率分別達到92.86%、71.37%、83.93%。對照不接菌組的浸出率分別為33.21%、27.36%、29.68%。三種接種處理方式隨著時間的延長,脫鋁量逐漸增加,在第8天時,對鋁的浸出率分別達到94.36%、66.43%、79.87%,對照不加菌組的浸出率分別為15.78%、4.99%、11.21%。結合不同實驗條件下三種接種處理方式溶液中鋁離子的濃度,得出A.f菌能有效浸出鍍鋁膜中表面鋁,其次是A.f和A.t共培養(yǎng)菌,再次是A.t菌。(3)對影響浸出效率的實驗條件進行優(yōu)化,獲得A.f菌浸出鍍鋁膜中表面鋁浸出的最佳條件:FeSO_4·7H_2O投加量為60g/L、粒徑大小為0.5-1.0mm、固液比為40g/L、菌接種量為10%、9k培養(yǎng)基初始pH值為1、浸出時間為8d,金屬鋁的浸出率達到93.86%,比未接種處理高出60.3%;接種A.f菌顯著提高了鍍鋁膜中表面鋁的浸出率。其中,培養(yǎng)液初始pH、粒徑的大小、固液比對浸出過程均有顯著影響。通過實驗確定每個因素的最適范圍,最后選擇培養(yǎng)液初始pH值為0.5、1、1.5;粒徑的大小0.5mm、0.5-1.0mm、1.0-2.0mm;固液比30g/L、40g/L、50g/L為響應面實驗各因素的水平。(4)在單因素實驗的基礎上進行正交分析。在最佳亞鐵添加量為60g/L、菌接種量為10%、培養(yǎng)時間為8d的條件下,分析不同培養(yǎng)液初始pH、粒徑的大小、固液比條件下其交互作用對鋁浸出過程的影響,通過響應面分析,得到對鋁浸出影響顯著的的最佳實驗條件為:培養(yǎng)液初始pH為1.13,粒徑的大小0.74-1.24mm,固液比41.51g/L,且培養(yǎng)液初始pH對響應值即鋁浸出率的影響較為顯著,其次是固液比,再次是粒徑大小。在此條件下,理論上得出鋁的浸出率96.41%。并進一步進行驗證實驗。將實驗條件設置為初始pH 1.2,粒徑的大小0.8-1.2mm,固液比為41g/L,FeSO_4·7H_2O投加量為60g/L、菌接種量10%、培養(yǎng)時間為8d的條件下,得實際提取率為95.99%。此條件下,接菌組的脫鋁率達到最優(yōu),且遠遠高于不接菌組。(5)根據(jù)不同條件下培養(yǎng)液的pH、ORP等參數(shù)隨時間的變化圖及SEM圖像結果,并結合鋁的浸出率可知:pH升高幅度越快或ORP降低幅度越快越有利于微生物浸出。由實驗組與系列對照組相比可知:接種A.f菌可加速鍍鋁膜中鋁的浸出。嗜酸細菌脫鋁過程中塑料產(chǎn)生的毒性對菌種無影響。其可能的浸出機理為Fe~(2+)/Fe~(3+)和O_2/H_2O間存在氧化還原電勢差,亞鐵氧化可將電子釋放,且在pH在1-2.5時,亞鐵都會自發(fā)地氧化生成三價鐵,因此,大量的二價鐵氧化可使生物量達到較高水平。由于A.f菌為好氧細菌,因此培養(yǎng)基中的二價鐵離子可作為電子供體,可使細胞外上的電子運輸?shù)郊毎ど系妮d體,從而實現(xiàn)電子供體的功能。電子傳遞鏈中的必要成分RUS能夠充分有效地吸取存在外膜上的每個電子,從而使位于外膜上的電子受體始終保持完全氧化的狀態(tài),可隨時獲得亞鐵氧化釋放的電子,最終,亞鐵離子氧化程度將達到最高。在A.f菌的作用下,二價鐵被氧化生成三價鐵離子。Fe~(2+)/Fe~(3+)的氧化還原對呈現(xiàn)出正的電極電位,作為電子受體的氧氣在酸性條件下,接受電子氧化生成水。而且隨著電子的不斷轉(zhuǎn)移,單質(zhì)鋁從固相轉(zhuǎn)移到浸出液中。接著氧化劑Fe~(3+)接受電子被還原,循環(huán)供給A.f菌進行生長使用。
【學位授予單位】：上海第二工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X172;X705

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本文編號：2702211