Khảo sát thành phần kim loại trong bảng mạch điện tử phế thải và thu hồi kim loại đồng bằng phương pháp điện hóa

ĐẠI HỌC QƯÓC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỤ NHIÊN TRÀN THỊ PHƯƠNG THẢO KHẢO SÁT THÀNH PHẦN KIM LOẠI TRONG BẢNG MẠCH ĐIỆN TỦ PHÉ THẢI VÀ THU HÒI KIM LOẠI ĐỒNG BẢNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HĨA LUẬN ÁN TIẾN SĨ HỐ HỌC TP Hồ Chí Minh - Năm 2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN TRẦN THỊ PHƯƠNG THẢO KHẢO SÁT THÀNH PHẦN KIM LOẠI TRONG BẢNG MẠCH ĐIỆN TỦ PHÉ THẢI VÀ THU HỎI KIM LOẠI ĐÒNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HĨA Ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã sổ ngành: 62440119 Phản biện 1: PGS TS Nguyền Đình Thành Phán biện 2: PGS TS Trần Văn Khải Phản biện 3: TS Nguyễn Hoàng Duy Phản biện độc lập 1: PGS TS Nguyền Đình Thành Phản biện độc lập 2: PGS TS Trần Văn Khải NGƯỜI HƯỚNG DẦN KHOA HỌC I PGS TS Nguyễn Nhị Trự PGS TS Trần Văn Mần TP Hồ Chí Minh - Năm 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận án tiến sĩ ngành Hóa lý thuyết Hóa lý này, với đề tài “Khảo sát thành phần kim loại bảng mạch điện tú’ phế thải thu hồi kim loại đồng phưong pháp điện hóa” cơng trình khoa học tơi thực hướng dẫn cúa PGS TS Nguyễn Nhị Trự PGS TS Trần Văn Mần Nhừng kết nghiên cứu luận án hồn tồn trang thực, xác khơng trùng lap với cơng trình cơng bo nước Nghiên cứu sinh Trần Thị Phương Tháo i LỜI CÃM ƠN Đầu tiên, xin biết ơn sâu sắc tới quý thầy: PGS TS Nguyễn Nhị Trự PGS TS Trần Văn Mần Các thầy tận tình hưởng dẫn tạo điều kiện tốt để học tập nghiên cứu Có lúc tơi nán lịng việc riêng, thầy ln cảm thơng chia sẻ kịp thời để tơi vượt qua khó khăn, hồn thành luận án Lời cám ưn tiếp theo, xin chân thành cám ơn thầy PGS TS Nguyễn Thái Hoàng, cô PGS TS Lê Mỹ Loan Phụng, em NCS Nguyễn Văn Hồng thuộc Bộ mơn Hóa lý thuyết Hóa lý Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện giúp đờ động viên đè tơi hồn thành cơng trình nghiên cứu Tơi xin trân trọng cam ơn đến Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Hóa học, Bộ mơn Hóa lý thuyết Hóa lý thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho q trình học tập Tơi xin gửi lời cảm ơn tập thê Phịng thí nghiệm Hóa Lý ủng dụng, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phổ Hồ Chí Minh; Khoa Cơng nghệ Vật liệu Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, giúp đỡ tơi nhiều sở vật chất, thiết bị thí nghiệm để tơi có thê hồn thành tốt cơng trình nghiên cứu Lời cám ơn cho tơi gửi đến cô Nguyền Thị Thu Cúc, chị TS La Thị Hằng bạn bè đồng nghiệp quan tâm động viên đê tơi có thêm nghị lực thực • • luận • án Cuối cùng, tơi xin bày tở cám ơn gia đình tơi: ba, má, chồng hai trai nguồn động lực lớn tinh thần, vật chất để yên tâm nghiên cứu hoàn thành luận án ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỦVIÉT TẮT ix DANH MỤC HÌNH ẢNH xi DANH MỤC BẢNG xvi MỎ ĐẦU 1 Mục liêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu 3 Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG TÓNG QUAN 1.1 E-waste - trạng thách thức 1.2 Thành phần bảng mạch điện từ phế thải 1.2.1 Thành phần bảng mạch 1.2.2 Kim loại đồng 12 1.2.3 Nguyên tố đất 13 1.3 Thu gom rác thải báng mạch điện tử 14 1.4 Các phương pháp thu hồi kim loại 15 1.4.1 Xử lý học 16 1.4.2 Thu hồi kim loại bang phương pháp hỏa luyện 18 1.4.3 Thu hồi kim loại bang phương pháp thủy luyện 21 1.4.3.1 Sử dụng acid hòa tách 23 1.4.3.2 Sử dụng tác nhân tạo phức 24 1.4.3.3 Sử dụng tác nhân base 27 1.4.4 Thu hồi kim loại phương pháp sinh điện hóa 29 1.4.5 Thu hồi kim loại đồng phương pháp điện phân 30 1.4.5.1 Lý thuyết động học điện hóa 30 1.4.5.2 Lý thuyết khuếch tán 33 ill 1.4.5.3 Nghiên cứu phương pháp điện phân dung dịch hòa tách 35 1.4.5.4 Nghiên cứu phương pháp điện phân kết hợp hòa tách 43 CHUÔNG PHƯƠNG PHẤP THỤC NGHIỆM 46 2.1 Phương pháp nghiên cứu, hóa chất, thiết bị 46 2.1.1 Phương pháp nghiên cứu .46 2.1.2 Hóa chất 46 2.1.3 Thiết bị 47 2.2 Vật liệu thô xử lý học 48 2.3 Phân tích thành phần bảng mạch điện tử 50 2.3.1 Phương pháp khối phố ghép plasma cảm ứng cao tần (ICP-MS) 50 2.3.2 Phân tích mẫu .50 2.4 Xử lý WPCBs bang acid sulfuric loãng đế tăng hàm lượng đồng 51 2.5 Nghiên cứu q trình điện phân dung dịch hịa tách WPCBs bàng acid 51 2.5.1 Q trình hịa tách bột WPCBs acid nitric 51 2.5.2 Đo điện hố dung dịch hịa tách acid 52 2.5.2.1 Xác định hàm lượng đồng dung dịch hòa tách phương pháp Vòn Ampc hòa tan anod (ASV) 52 2.5.2.2 Hệ đo điện hóa ba điện cực 55 2.5.2.3 Qt vịng tuần hồn (CV) 56 2.5.2.4 Quét tuyến tính (LSV) dung dịch hịa tách 56 2.5.3 Quá trình diện phân môi trường acid 57 2.5.3.1 Cơng thức tính hiệu suất điện phân 58 2.5.3.2 Tối ưu mật độ dòng điện 59 2.5.3.3 Kiểm soát pH dung dịch hòa tách 59 2.5.3.4 Ảnh hương nhiệt độ điện phân 59 2.5.4 Kháo sát tính chất sản phấm đồng thu cathod chì dioxide anod nhiễu xạ tia X (XRD) 59 iv 2.5.5 Xác định hàm lượng đồng lớp phủ cathod sau điện phân bàng phương pháp phô tán xạ lượng tia X (EDX) 60 2.6 Xây dựng quy trình đồng thời điện phân - hòa tách thu hồi kim loại đồng môi trường base 61 2.6.1 Quy trình điện phân - hịa tách kết hợp môi trường base 61 2.6.2 Định lượng hàm lượng đồng WPCBs (sau xử lý với H2SO4 loãng) 62 2.6.2.1 Xác định hàm lượng đồng bang phương pháp EDX 62 2.6.2.2 Xác định hàm lượng đồng phương pháp AAS 62 2.6.3 Chế tạo màng điện cực anod từ WPCBs 62 2.6.4 Đo điện hoá dung dịch điện phân base 63 2.6.4.1 Quét thể cv dung dịch điện phân 63 2.6.4.2 Phân cực cathod 63 2.6.4.3 Phân cực anod 64 2.6.5 Kháo sát trình điện phân môi trường base 64 2.6.5.1 Ảnh hường mật độ dòng điện thời gian điện phân 64 2.6.5.2 Mối liên hệ tốc độ khuấy mật độ dòng điện 65 2.6.5.3 Thay đổi nồng độ Cu2+ dung dịch điện phân 65 2.6.5.4 Đánh giá ảnh hưởng nồng độ dung dịch điện phân amoniac/muối amoni 66 2.6.6 Khảo sát tính chất anod WPCBs sản phẩm đồng thu hồi .66 2.6.6.1 Hiền vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) 66 2.6.Ó.2 Hiển vi điện tử quét (SEM) 66 2.6.Ó.3 Nhiều xạ tia X (XRD) 67 2.6.6.4 Hiển vi lực nguyên tứ (AFM) 67 2.6.6.5 Phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 67 2.6.7 Đo tổng trở cùa màng anod WPCBs 67 2.6.7.1 Phương pháp phổ tổng trở điện hóa (EIS) 67 V 2.6.7.2 Ảnh hưởng nồng độ Cu2+ lên tổng trở cùa màng WPCBs dung dịch amoniac 69 CHƯƠNG THÀNH PHẤN KIM LOẠI CỦA BẢNG MẠCH ĐIỆN TỦ .70 3.1 Thành phần kim loại WPCBs qua sơ chế 70 3.1.1 Các kim loại 70 3.1.2 Các nguyên tố đất 74 3.2 Thành phần kim loại cúa WPCBs nguyên trạng 76 3.2.1 Các kim loại bàn 76 3.2.2 Nguyên tố đất 79 3.3 Đánh giá kinh tế thu hồi kim loại WPCBs nguyên trạng 81 3.4 Kết luận Chương 83 CHƯƠNG THU HÒI ĐÒNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH HỊA TÁCH TRONG MƠI TRƯỜNG ACID .85 4.1 Kết đo điện hố dung dịch hịa tách 85 4.1.1 Xác định hàm lượng đồng dung dịch hòa tách WPCBs bàng phương pháp AS V 85 4.1.1.1 Tìm tích góp (Ed) 85 4.1.1.2 Khảo sát thời gian tích góp (td) 87 4.1.1.3 Xác định hàm lượng đồng bang phương pháp thêm chuân 90 4.1.2 Quét cv dung dịch hòa tách 92 4.1.2.1 Xác định cv cua dung dịch hòa tách 92 4.1.2.2 Tính hệ số khuếch tán ion đồng dung dịch hòa tách 93 4.1.3 Đo LSV dung dịch hòa tách 94 4.1.3.1 Đo LSV cùa dung dịch mô 94 4.1.3.2 Đo LSV dung dịch hòa tách 95 4.2 Các yểu tố ánh hường đển trình điện phân thu hồi kim loại đồng môi trường acid 97 vi 4.2.1 Mật độ dòng điện 97 4.2.2 pH 99 4.2.3 Nhiệt độ 100 4.3 Phân tích sản phẩm cathod anod 101 4.4 Kết luận Chương 105 CHƯƠNG THU HỒI ĐỒNG BẰNG PHƯƠNG PHẤP ĐIỆN PHÂN KẾT HỢP HỊA TÁCH TRONG MƠI TRƯỜNG BASE 106 5.1 Thành phần bột WPCBs sau xừ lý acid sulfuric loãng 106 5.2 Màng điện cực anod từ bột WPCBs sau hòa tách 108 5.3 Đánh giá tính chất điện hóa cúa hệ điện phân base 110 5.3.1 Quét cv hệ điện phân 110 5.3.1.1 Đo cv dung dịch điện phân base 110 5.3.1.2 Tính hệ sổ khuếch tán cúa ion đồng dung dịchđiện phân base 112 5.3.2 Biện luận đường cong phân cực cathod 113 5.3.3 Biện luận đường cong phân cực anod .116 5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trinh điện phân -hòa tách thu hoikim loại đong môi trường base 118 5.4.1 Xác định mật độ dòng điện thời gian điện phân 119 5.4.2 Tốc độ khuấy mật độ dòng điện 122 5.4.3 Tác động muối CuSƠ4 cho thêm vào dung dịch điện phân .125 5.4.4 Thay dổi nồng độ amoniac muối amoni 129 5.5 Đánh giá sản phẩm đồng thu cathod 131 5.6 Phân tích anod màng WPCBs sau điện phân 137 5.7 Nghiên cứu động học cứa q trình điện phân - hịa tách 138 5.7.1 Biện luận tính chất động học điện hóa từ số liệu EIS 138 5.7.2 Xác định hệ số Warburg 140 vii 5.7.3 Xác định hệ số khuếch tán ion đồng dung dịch NH3 M + (NH4)?SO4 0,5 M + CuSO4 0,1 M theo EIS 142 5.8 Kết luận Chương 143 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 144 6.1 Kết luận 144 6.2 Điếm luận án 145 6.3 Kiến nghị 146 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC 147 TÃI LIỆU THAM KHẢO 148 PHỤ LỤC 159 viii PHỤ LỤC >oxx Kết ICP-MS mẫu WPCBs SO’ chế OỘI CỘNG HÒA XÃ HỌI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM DỘC lập - Tự - Hạnh phúc DHKHCAHOCTVHMÍN PHIÉƯ KÉT QUẢ PHÂN TÍCH MẦU Người gửi mau: Trần Thị Phương Thào - Nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa Lý thuyết Hóa Lý, Trường DIIKII Tự Nhiên Nơi phàn tích: BM Hóa Phàn tích, Khoa Hóa ĐH KHTN - 227 Nguyền Văn Cứ Q.5, Tp HÒ Chi Minh Loại mầu: Bang mạch điện tư Số mầu Yêu cầu phán tích: nguyên tổ Nguyên tố DT VT TV Nguyên tổ DT VT TV Li (ppm) 76,3 64,6 58,6 139 La (ppm) 17,2 15,3 11.7 Be(ppm) 0,93 1,12 0,40 140 Cc (ppm) 47,7 47,1 34,3 27 AI (%) 2,543 3,862 2,122 141 Pr (ppm) 14,7 2,7 1.2 45 Sc (ppni) 5,70 3,91 1.57 146 Nd (ppm) 94,9 22,8 7.4 47 Ti (%) 0.30 0,23 0,23 147 Sm (ppm) 2,6 2,4 0,90 51 V(ppb) 27,60 45,41 15,86 153 Ell (ppm) 17,5 7,1 6,8 52 Cr(ppb) 60.90 108 26.87 157 Gd (ppm) 9,72 4.41 2,30 55 Mil (ppm) 407 639 485 159 Tb (ppb) 579 291 132 56 Fe (%) 0.98 1,61 0,93 163 Dy (ppm) 61 14 59 Co (ppm) 10,8 -5,4 15,3 165 Ho (ppb) 6719 375 816 60 Ni (ppm) 778 333 183 166 Er (ppb) 925 736 311 63 Cu (%) 3,46 2,81 1.54 169 Tm (ppb) 110 98,8 44,4 66 Zn (%) 0,22 1,29 0,44 172 Yb (ppb) 854 1124 376 69 Ga (ppm) 713 420 395 175 Lu (ppb) 492 112 64,3 — • 178 Hf • • • 72 Ge 159 75 As (ppm) 262 217 41,5 181 Ta • • 78 Se(ppb) 757 332 292 182 w • • 89 Y (ppm) 26,2 14,9 7,4 185 Re — — 90 Zr • • 189 Os • 93 Nb — ■ 193 Ir — — 95 Mo (ppm) 20,42 8,49 3,43 195 Pt • 101 Ru * • • 197 Au • • 103 Rh • • • 202 Hg • • 105 Pd • • • 205 TI (ppb) 63,2 159 94,6 107 Ag (ppm) 292 293 154 208 Pb (ppm) 2879 8197 7447 111 Cd (ppin) 3,54 1,95 0,95 209 Bi (ppm) 169 360 836 115 In (ppm) 72,4 78,5 66,6 232 Th (ppm) 6,98 6,38 2,43 118Sn (%) 0,84 1,13 0,92 238 Ư (ppm) 1,79 1,61 0,69 121 Sb (ppni) 216 483 842 Ghi chú: Phương pháp phân tích: ICPMS, Hệ thống máy ICP MS Agilent 7700 Tp Hồ Chí Minh, 15/06/2019 TRƯỞNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN KHOA HĨA HỌC BỘ MƠN HĨA PHẢN TÍCH ỈS TS Nguyễn Văn Đông 160 Kết ICP-MS mẫu WPCBs nguyên trạng TRƯỜNG DẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN Cộng hịa xà hội chu nghía Việt Nam Khoa Hóa học - Bộ mơn Hóa Phân tích Dộc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU KÉT QUÁ PHÂN TÍCH Người gừi mầu: Trần Thị Phương Tháo Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên - Đụi học Quốc gia P.HCM Nơi phàn tích: Bộ mơn Hỏa Phân tích, Khoa Hóa học, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 227 Nguyền Văn Cừ - Phường - Ọuận - TP Hồ Chi Minh Loại mầu: rản Số mầu: Chi tiêu phàn tích: kim loại BÁNG KÉT QUÁ PHÂN TÍCH DT VT TV DT VT TV AI 16.406% 9.14«% 3.019% Pr l.45ppm 1.69ppm 0.39ppm Sc 1.24ppm 2.49ppm 1.25ppm Nd 17.24ppm 41.73 ppm 29.67ppm Ti 0.091% 0.136% 0.257% Sm 0.69ppm 2.93ppm 0.99ppm V 40 5lppm 2X.KI ppm 38.44ppm Eu 34ppm 0.51 ppm O.73ppm Cr 0092% 94.9Xppm 141,3Xppm Gd 045ppm 0.82 ppm 0.40ppm Mn 0.414% 0.626% 3.017% Dy I5.3lppin 12.71 »ppm 0.47ppm Fc 7.11«% 6.324% 13.591% Ho l.XXppin 0.99 ppm 1.59ppm Co 32.3«ppm 4l.52ppm 149.12ppm Er 0.17ppm 0.32 ppm 0.13ppm Ni 0.294% 0.204% 0.237% Lu 0.02ppm 0.04 ppm 0.02ppm Cu 24.114% 12 289% 7.086% Hf 2.37pptn 6.62 ppm 4.88pprn Zn 6.908% 2.964% 3.216% Ta ND ND ND Ga 0062% 00X3% 0.14% w 9.00 ppm 1.33 ppm 1.66ppin Ge 7.59ppm 7.84ppm I3.2«ppm Re ND ND ND As 4X.00ppm 90.9« ppm !3.40ppm Os ND ND ND Zr 102.82ppm 292.07ppm 265.65ppm Ir ND ND ND 161 Nb 4.34ppm 5.23 ppm !5.50ppm Pl ND ND ND Mo I9.39ppm 6.13ppm 21.45ppm Au 51.53ppm 206.83ppm 17.03ppm Ru ND ND ND Pb 635% 1.089% 2.085% Se ND ND ND Bi 66.26ppm 138.41 ppm 73 X5 ppm Pd 2.36ppm 1.69 ppm 0.66ppm Y 4.25ppm 8.05ppm 13.90ppm Ag 367.60ppm 293.l9ppm 195.54ppm Tb ND ND ND Cd 1.43ppm 0.65 ppm 2.91 ppm Tm ND ND ND In 18.39ppm l4O.34ppm 138.00ppm Yb ND ND ND La 5.85ppm 7.46 ppm 24.34ppm Th 1.52ppm 3.20ppm O.72pprn Cc 9.96ppm 17 56ppm 10 83ppm Sn 999% 5.798% 5.872% Mảu sau xử lý phân (ích hộ thống ICPMS 7700 Agilent rp Hồ Chí Minh, ngày 23/08/2019 Trưởng Bó mơn Hóa Phân tích TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN KHOA HĨA HỌC BỘ MƠN HĨA PHÂN TÍCH 162 Nguyễn Ván Đóng Ket qua A AS mẫu WPCBs sau xử lý với H2SO4 TRƯỞNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN Cộng hòa xà hội chu nghĩa Việt Nam Khoa Hóa học - Bộ mơn Hóa Phân tích Độc lập Tự Hạnh phúc PHIẾU KẾT QUẢ PHÂN TÍCH Người gưi mẩu: Trần Thị Phương Thao Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên - Dại học Quốc gia TP.HCM Nơi phân tích: Bộ mơn Hóa Phân tích, Khoa Hóa học Trường ĐH Khoa học Tự nhicn 227 Nguyền Văn Cừ - Phường - Quận - TP Hồ Chí Minh Loại mẫu: rắn Số mầu: Chì tiêu phân tích: đơng BÁNG KÉT Q PHÂN TÍCH Chi tiêu Hàm lưựng dồng Tên mẫu (%) M-l 69.7 M-2 56.6 M-3 64.2 M-4 62.9 M-5 58.6 Mầu sau xứ lý phân tích hệ thống l'AAS Shimadzu 6300 TP HỒ Chí Minh, ngày 16/12/2019 Trường Bộ mơn Hóa Phân tích TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN KHOA HĨA HỌC BỘ MƠN HĨA PHÂN TÍCH Nguyễn Văn Dơng 163 Cách pha dung dịch xác định thòi gian tích góp (td) Thể tích Nồng độ dung dịch dung dịch đo Cu2+ đo 20,00 mL 10 ppm Nồng độ Thể tích rút Dung dịch dung dịch Cu2+ (chuẩn) 200pL 1000 ppm Đệm acetat M 19,80 mL pH ~ 4,6 Pha dung dịch xác định hàm lượng đồng phương pháp thêm chuẩn Vđệm pH ~ 4,6 V Cu + chuấn 1000 ppm (mL) (mL) 19,994 19,954 40 19,914 80 19,874 120 V mầu (pL) Vđo (mL) 20,00 Khối lượng NazCCh (g) cần dùng để điều chỉnh pH dìa 60 mL dung dịch hịa tách WPCBs acid nitric Số thứ tự Khối lượng NasCOí (g) Giá trị pH thu 0,94798 ~ 1,0 1,23418 ~2,0 1,26280 ~3,0 164 Kết khảo sát thịi gian tích góp đo ASV dung dịch có [Cu2+] = 10 ppm, vói ĐKTN trình bày mục 2.5.2.1 Tín hiệu Thời gian (s) dịng lần (ĨX106) (A) Tín hiệu Tín hiệu Tín hiệu Tín hiệu Tín hiệu dịng lần dịng lần dòng lần dòng lần (ĨX106) (A) (ĨX106) (A) (ixio6) (A) (ĨX1O6)(A) dịng trung bình (ixio6) (A) 10 7,72 8,28 8,09 8,47 8,52 8,22 20 13,31 13,78 14,41 14,58 14,74 14,16 30 18,42 18.77 18,81 18,64 19,12 18,75 40 21,16 21,52 21,52 21,91 21,92 21,61 50 24,72 25,07 25,19 25,25 25,01 25,05 60 27,61 27,75 27,76 28,00 27,62 27,75 70 30,38 30,32 30,28 30,06 30,17 30,24 80 32.52 32.38 31,97 32,32 32,41 32,32 90 33,22 33,12 33,58 33,40 33,35 33,34 100 34,94 34,74 34,89 34,76 34,43 34,75 110 35,64 36.10 36.26 35,49 36,05 35,91 120 37,19 37,77 36,93 36,92 36.95 37,15 Kết khảo sát mật độ dòng ảnh hưởng đen hiệu suất dòng điện phân dung dịch hịa tách WPCBs (pH 0,4) vói ĐKTN đưọc trình bày ỏ’ mục 2.5.3 Mật độ dòng (mA/cm2) rncu(eathod) (g) mcu lý thuyết (g) Hiệu suất dòng (%) 10 0,11897 ±2.105 0,11940 99,64 ± 0,02 20 0,21450 ± 3.10'5 0,23879 89,83 ± 0.01 30 0,23388 ± 4.10’5 0,35819 65,29 ± 0.01 40 0,25035 ± 3.10‘5 0,47759 52,42 ± 0,01 165 Hiệu suất dòng pH khác điện phân dung dịch hòa tách WPCBs mật dộ dịng 20 mA/cm2 với ĐKTN trình bày ỏ’ mục 2.5.3 Hiệu suất dòng (%) mcu lý thuyết (g) pH niCu(cathod) (§) 0,4 0,21450 ±3.105 89,83 ±0,01 0,21887 ± 4.10'5 91,66 ±0,02 0,23879 0,21644 ± 2.10'5 90,64 ±0,01 0,21093 ± 3.10'5 88,33 ± 0,01 10 Hiệu suất dòng nhiệt độ khác điện phân dung dịch hòa tách WPCBs (pH 1,0) mật độ dịng 20 mA/cm2 vói ĐKTN trình bày mục 2.5.3 Hiệu suất dòng (%) Nhiệt độ (°C) rncu(cathod) (g) 25 0,21887 ± 4.10'5 91,66 ±0,02 40 0,23201 ± 3.10 97,16 ±0,01 HlCu tý thuyết (g) 0,23879 60 0,23026 ± 3.10'5 96,43 ± 0,01 80 0,19227 ± 4.10'5 80,52 ± 0,02 11 Giá trị khử mơi trưịng acid nitric Xét q trình khử xảy cathơd 4H+ + NƠ3 " + 3e- —* NO + 2H?O E° (Ag/AgCl) = +0,76 V Cu2+ + 2e‘ —> Cu E° (Ag/AgCl) = +0,14 V 2H+ + 2e’ H2 E° (Ag/AgCl) = -0,20 V Pb2+ + 2e’ Pb E° (Ag/AgCl) = -0,33 V Dung dịch sau hịa tách có V = L pH 0.4 Lây hàm lượng trung bình Cu Pb phân tích ICP-MS (WPCBs nguyên trạng ba loại: điện thoại, máy vi tính tivi với ti lệ khối lượng 1:1:1) tương ứng 14,5%, 1,27% (Chương 3) 100 166 12 Giá trị đo EIS màng WPCBs dung dịch NH3 3M + (NH4)2SO4 0,5 M + CuS()4 0,1 M dung dịch NH3 M + (NH4)2SO4 0,5 M khơng có muối CuSO4 WPCBs-NH4+ZNH3-Cu2+ Thời gian/s IZI/Ohm log(freqZHz) WPCBs-NH4+ZNH3 Pha Thời (Z)/độ gian/s IZI/Ohm log(freqZHz) Pha (Z)/độ 2.48758 4.36892 5.00011 -18.5787 2.4876 4.12857 5.00011 -18.0642 3.62758 4.59227 4.89999 -21.4016 3.6276 4.33809 4.89999 -21.1159 4.76759 4.86095 4.80002 -24.0897 4.7676 4.58377 4.80002 -24.0387 5.90758 5.19125 4.70003 -26.9579 5.9076 4.89958 4.70003 -27.1564 7.04758 5.60712 4.59996 -29.6823 7.0476 5.30355 4.59996 -30.1767 8.18758 6.1125 4.50008 -32.273 8.1876 5.80062 4.50008 -32.9165 9.32758 6.71409 4.40006 -34.6146 9.3276 6.39503 4.40006 -35.3774 10.4676 7.4349 4.30013 -36.6677 10.468 7.10695 4.30013 -37.5212 11.5046 8.28867 4.19988 -38.3968 11.505 7.95668 4.19988 -39.2357 12.5416 9.28998 4.09987 -39.7499 12.542 8.94774 4.09987 -40.5621 13.7628 10.4462 4.00066 -40.6699 13.763 10.0952 4.00066 -41.3506 15.2357 11.7916 3.90005 -41.1909 15.236 11.4175 3.90005 -41.8209 17.0342 13.2815 3.80161 -41.3156 17.034 12.8844 3.80161 -41.8774 19.4184 15.0063 3.7001 -41.0385 19.418 14.5481 3.7001 -41.4788 21.5989 16.8934 3.60001 -40.3694 21.6 16.3784 3.60001 -40.7977 23.7684 18.9803 3.49969 -39.3789 23.768 18.3959 3.49969 -39.8079 25.9394 21.2061 3.40037 -37.9892 25.939 20.5465 3.40037 -38.5283 28.1209 23.6192 3.29953 -36.3182 28.121 22.8861 3.29953 -36.9541 30.299 26.1037 3.19961 -34.2805 30.299 25.3206 3.19961 -35.1204 32.4799 28.6293 3.09995 -32.0283 32.479 27.801 3.09995 -33.0573 168 34.6579 31.138 2.99958 -29.5482 34.657 30.313 2.99958 -30.7969 37.083 33.4809 2.89995 -27.0242 37.082 32.6976 2.89995 -28.4713 39.2534 35.7052 2.80004 -24.4712 39.251 35.0262 2.80004 -26.126 41.4244 37.7562 2.69967 -22.0205 41.422 37.1886 2.69967 -23.8444 43.6054 39.5696 2.60053 -19.7321 43.603 39.1272 2.60053 -21.7873 45.7759 41.1757 2.50012 -17.6759 45.774 40.9039 2.50012 -19.9408 47.9429 42.5907 2.39975 -15.8667 47.943 42.5343 2.39975 -18.381 50.1225 43.8444 2.2995 -14.3323 50.121 44.0331 2.2995 -17.1187 52.3135 44.9345 2.20038 -13.0873 52.313 45.4062 2.20038 -16.2158 54.4744 45.9439 2.09984 -12.1107 54.473 46.7806 2.09984 -15.5771 56.655 46.8868 1.99958 -11.3863 56.654 48.1532 1.99958 -15.245 58.844 47.7922 1.90046 -10.9391 58.845 49.5448 1.90046 -15.1659 61.0766 48.6725 1.80045 -10.7409 61.075 50.9926 1.80045 -15.3489 63.2454 49.6297 1.69967 -10.7202 63.244 52.5372 1.69967 -15.7684 65.4265 50.5905 1.60053 -10.9321 65.425 54.219 1.60053 -16.4011 67.5057 51.6671 1.49951 -11.3589 67.505 56.0507 1.49951 -17.3589 69.6739 52.8361 1.39975 -11.936 69.673 58.0576 1.39975 -18.512 71.8524 54.121 71.853 60.3784 1.2995 -19.9808 73.9222 55.5482 1.19965 -13.671 73.922 63.0523 1.19965 -21.7362 76.4778 57.1289 1.1004 -14.836 76.478 66.179 1.1004 -23.7098 78.6589 58.9966 0.999583 -16.2047 78.658 70.0166 0.999583 -26.0055 80.891 59.9197 0.95427 -16.9028 80.604 71.9314 0.95427 -27.1718 82.0025 62.3159 0.851397 -18.6571 81.717 77.3941 0.851397 -29.7231 83.3779 65.1773 0.749151 -20.5468 83.092 83.7017 0.749151 -32.3931 85.0911 68.4932 0.645308 -22.7283 84.805 91.5774 0.645308 -35.2244 87.5583 72.635 0.54293 -25.0493 86.941 101.22 0.54293 -37.8334 1.2995 -12.7243 169 gam bột WPCBs Giả sử q trình hịa tách Cu Pb tan hết HNCh đậm đặc trình chủ yếu: Cu + 4H+ + 2NƠ3 -> Cu2+ +2NƠ2 + 2H2O Pb + 4H+ + 2NO3- -> Pb2+ +2NƠ2 + 2H2O Từ mol Cu tan = (100xl4,5%)/63,546 = 0,228 mol -> |Cu2+] = 0,228 M Từ mol Pb tan = (100xl,27%)/207,2 = 0,006 mol [Pb2+] = 0,006 M Mặt khác: pH dung dịch sau hòa tách 0,4—>[H+] = IO’0,4 M —> moln+ hòa tách = 0,2x7 - 1004xl = mol 2H++ NƠ3-+ 2e' -> NƠ2 + H20 -> 0,5 —» mol NO3“phản ứng với H+hòa tan bột WPCBs ban đầu = 0,5 mol Một cách gần đúng, tính đuợc dung dịch hịa tách có [NOy] = 0.9 M Tính giá trị E theo phương trình Nernst, bo qua ycu tố áp suất khí xem hoạt độ cấu tử ~ nồng độ mol: Epb2+/Pb r 8,314x298 ln(0,006) = -0,4 V 0,33 + 2x96485 < > • w V Biêt thê cathod H+ kim loại đông (trong môi trường acid) ~ -0,5 V E2h+/h2 = -0,2 + 8,314x298 2x96485 ln(10‘0,4)2 -0,5 = -0,72 V 8,314x298 ln(o,228) =+0,12 V Ecu2+/Cu_ 0,14 + 2x96485 Eh‘ +NOJ«O= 0.76 + 5^ln((10-°-4)4.0,9) - +0.73 V lại pH 0,4 EH^NOĨ/NO= 0,76 + ^^ln((10-1)4.0,9) =+0,68 V pH 1,0 Eh* + noj«o=0,76+ ^^ln((10-2)4.0,9)=+0,60V pH 2.0 E„*+NOJ/NO=0,76 + ^^ln((10-3)4.0,9)=+0,52V pH 3.0 167 90.2393 77.7325 0.439472 -27.4897 89.622 113.032 0.439472 -40.3279 93.6024 83.6303 0.337696 -29.9405 92.985 127.057 0.337696 -42.6183 97.8384 90.8319 0.234779 -32.5495 97.221 143.965 0.234779 -44.5672 103.188 99.7766 0.131012 -35.0049 102.57 163.861 0.131012 -46.2401 109.945 110.054 0.027923 -37.3557 110.31 187.41 0.027923 -47.6827 118.466 122.501 -39.4962 118.83 214.562 -0.0742 -48.7712 129.231 136.682 -0.17673 -41.5355 129.6 246.079 -0.17673 -49.7083 142.875 154.004 -0.280513 -43.3225 143.24 283.096 -0.28051 -50.3349 162.563 173.374 -0.382521 -45.1568 160.48 325.047 -0.38252 -50.7542 184.389 196.555 -0.485644 -46.7607 182.3 373.926 -0.48564 -51.2092 212.004 223.376 -0.588194 -48.2649 209.92 428.968 -0.58819 -51.5543 246.964 255.027 -0.690975 -49.8815 244.88 492.104 -0.69098 -51.7954 291.28 291.875 -0.794204 -51.5462 289.2 565.575 -0.7942 -52.0864 347.409 335.355 -0.897016 -53.143 345.32 649.66 -0.89702 -52.4969 418.496 387.667 -0.99975 -54.7582 416.41 745.957 -0.99975 -52.9966 464.404 415.11 -1.04643 -55.5992 451.12 797.731 -1.04643 -53.3968 508.396 484.166 -1.15144 -57.2154 495.11 916.145 -1.15144 -53.7925 564.582 570.088 -1.25778 -58.9656 551.3 1060.9 -1.25778 -54.513 636.266 674.495 -1.36364 -60.7011 622.98 1233.03 -1.36364 -55.4489 727.772 801.403 -1.46969 -62.2723 714.49 1434.31 -1.46969 -56.5342 844.794 959.615 -1.57656 -63.7964 869.3 1678.41 -1.57656 -57.5262 993.72 1153.04 -1.68129 -65.0467 1018.2 1971.08 -1.68129 -58.612 1184.06 1397.61 -1.78787 -66.3232 1208.6 2336.97 -1.78787 -59.7923 1505.41 1699.47 -1.89385 -67.4361 1451.5 2775.39 -1.89385 -61.0733 1815.43 2075.25 -1.99975 -68.3811 1761.5 3311.41 -1.99975 -62.233 -0.0741961 170 13 Kết AFM mẫu anod WPCBs DẠI HỌC QC GIA THÀNH PHĨ HỊ CHỈ MINH Vlpl CÔNG NGHỆ NANO k- fiwlTl _ 11=111:1- PHỎNGTHl NGHIỆM VẠT LIỆU-LINH KIỆN NANO VÀ í NG DI NG Khu Pho Phường Linh Trung Ọuận Thũ Đức TP Hổ Chí Minh DT: (84-28) - 37 2468 23/32 - Ext 101/102 flaCiMHA !• Z|\ )3 w* \Qz VILAS im Fax: (84-28) - 37 2421 63 Phưng thừ nghifnt đạt tifu ch vấn «O7£C/W5^Ì7.^aỉiL^iĩ7i SỐ: 2020.07-017/KQTN Trang: 5/13 MtlM xum U9> ,MJỆ| 4J| 171 40 14 Kết FESEM mẫu anod WPCBs ĐẠI IIỌCỌl ĨC GIẠ THÀNH PIIỔIIỊCIIÍ MINH VI$N ( ƠNG NGHỊ NANO PHỊNG THI NGHIỆM VẠT LI £ V - LINH KIẸN N ANO V À í \G DI NG Khu Phô 6, Phường Linh Trung, Quận Thú Đức, TP Hồ Chi Minh ĐT: (84-28) - 37 2468 2302 • Ext 101/102 VIIAS U7I Fax: (84-28) - 37 2421 63 Phitog thừ Hghlfft Jựt tựu chuẩn ÍSMEC 17f2í.-2Ql7 mõ iổ HLAS1271 số: 2020.07-017/KQTN Trang: 12/13 Mầu 2020.07-017-03: Anode PCB (đo FESEM) 172 15 Kết FESEM mẫu cathod sau điện phân DẠI HỌC Ql Óc GIA THÀNH PHƠ HỎCHÍ MINH VIỆN CƠNG NGHỆ NANO PHỊNG THỬ NGHIỆM VẠT LIỆU-LINH KIỆN NANO VÀ ỬNG DỤNG Khư Phố 6, Phường Linh Trung Quận Thũ Đức, TP Hồ Chí Minh DT: (84-28)-37 2468 23/32-Ext 101/102 VILAS 137« Fax: (84-28) ■ 37 2421 63 Phồng thứ nghlfm đpt rìtu chuẩn JXU/IEC 17025:2017 mH tá I ỉLAS ì2 78 SÃ: 2020.07-017/KQTN Trang: 13/13 Mầu 2020.07-017-04: Cathode (đo FESEM) 173