TWI678334B - 自活性碳中回收有價金屬的回收裝置及其方法 - Google Patents

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Abstract

一種自活性碳中回收有價金屬的回收裝置及其方法，該回收裝置包含一容槽單元及一電動單元。該容槽單元包括一適用於盛裝電解液的槽體、二間隔設置且適用於隔絕該有價金屬的濾板，及一具低化性及多孔性的沉澱媒材。該等濾板界定一介於彼此之間的作業區域，及分別位於兩側的一陽極區域及一陰極區域。該作業區域包括一適用於放置該活性碳的處理區部，及一用於放置該沉澱媒材的沉澱區部。該電動單元包括一供電器，及二進行電解的電極。該回收方法是對該活性碳施加電力，產生使該有價金屬往該沉澱區部移動的驅動力，使該有價金屬沉澱於該沉澱媒材中。

Description

自活性碳中回收有價金屬的回收裝置及其方法
本發明是有關於一種可用資源的回收裝置及方法，特別是指一種自活性碳中回收有價金屬的回收裝置及其方法。
活性碳是一種具吸附特性的物質，其結構為微晶碳，故呈現不規則排列，在交叉連接之間又具有多數細孔，適度活化後更會產生碳組織的缺陷，能藉此增加整體的孔隙率。因此，它是一種多孔碳，具有堆積密度低，比表面積大的特性，故時常應用於吸附特定物質而產生過濾的效果。
將活性碳應用於金屬離子或金屬粒子溶液的過濾時，會在該活性碳達到吸附飽和後更換，而汰換後的活性碳實質上吸附有許多可回收再利用的金屬離子或金屬粒子，若對汰換後的活性碳執行特定處理，除了能回收可再利用的金屬，還能恢復活性碳的吸附性，使本已汰換的活性碳能再重新利用。
現有的回收方法，是對汰換後的活性碳進行熱處理。所述的熱處理是在導入高溫空氣和高溫蒸氣的高溫環境中，藉由熱 傳導的方式將熱量傳遞至活性碳的內部孔隙中，使得吸附物質得以脫附，藉此回收活性碳所吸收的有價金屬。然而，雖然上述的熱處理方式能回收有價金屬，但執行上述熱處理時，需要耗費大量的能源來加熱氣體及維持高溫環境。另外，活性碳在執行熱處理時，是長時間處於高溫環境，故回收的活性碳也會有部分氧化、裂解而造成損失。因此，如何在低耗能的情況下有效回收有價金屬，並同時減少活性碳的損失，遂成為相關領域從事者積極鑽研突破的課題。
因此，本發明之目的，即在提供一種能將活性碳中吸附之有價金屬回收，並能減少活性碳之損失的自活性碳中回收有價金屬的回收裝置。
於是，本發明自活性碳中回收有價金屬的回收裝置，包含一容槽單元，及一電動單元。
該容槽單元包括一界定出一適用於盛裝一電解液之容置空間的槽體、二間隔設置於該容置空間中且適用於隔絕所述有價金屬的濾板，及一具低化性及多孔性，且設置於該容置空間中而供所述有價金屬沉澱的沉澱媒材。該等濾板將該容置空間分隔為一介於該等濾板之間的作業區域，及分別位於該等濾板遠離該作業區域之一側的一陽極區域及一陰極區域。該作業區域包括一適用於放置 該活性碳且靠近該陽極區域的處理再生區部，及一鄰接於該處理再生區部並用於放置該沉澱媒材且靠近該陰極區域的沉澱區部。
該電動單元包括一個用以提供電能的供電器，及二電連接於該供電器且分別伸置於該陽極區域與該陰極區域中的電極。該等電極在該電解液中施加電力時，對該活性碳中的有價金屬產生自該處理再生區部往該沉澱區部移動的驅動力，使所述有價金屬沉澱於該沉澱媒材中。
本發明之另一目的，還在提供一種能將活性碳中吸附之有價金屬回收，並能減少活性碳之損失的自活性碳中回收有價金屬的回收方法。
於是，本發明自活性碳中回收有價金屬的回收方法，包含下列步驟：一電動步驟，對吸附所述有價金屬的該活性碳在一電解液中施加電力，使所述有價金屬自該活性碳脫附並往陰極移動；及一回收步驟，使所述有價金屬沉澱而收集。
本發明之功效在於：透過施加電力的方式，能對該活性碳中的所述有價金屬產生電滲流及離子遷移流，在該活性碳不會因高熱而損耗的情況下，使得所述有價金屬往陰極方向移動，進而沉澱在易於從中分離的媒材中，達成減少該活性碳的損耗，又能確 實收集所述有價金屬的目的。
1‧‧‧容槽單元
101‧‧‧作業區域
102‧‧‧陽極區域
103‧‧‧陰極區域
108‧‧‧處理再生區部
109‧‧‧沉澱區部
11‧‧‧槽體
110‧‧‧容置空間
12‧‧‧濾板
13‧‧‧沉澱媒材
2‧‧‧電動單元
21‧‧‧供電器
22‧‧‧電極
8‧‧‧活性碳
91‧‧‧前置步驟
92‧‧‧電動步驟
93‧‧‧回收步驟
E‧‧‧電解液
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一配置圖，說明本發明自活性碳中回收有價金屬的回收裝置之一實施例；及圖2是一方塊流程圖，說明本發明自活性碳中回收有價金屬的回收方法之一實施例。
參閱圖1，為本發明自活性碳中回收有價金屬的回收裝置之一實施例，包含一容槽單元1，及一電動單元2。該回收裝置的實施例適用於處理一使用在過濾用途而吸附有價金屬的活性碳8，特別是已對有價金屬達飽和吸附的該活性碳8。
該容槽單元1包括一界定出一適用於盛裝一電解液E之容置空間110的槽體11、二間隔設置於該容置空間110中且適用於隔絕所述有價金屬的濾板12，及一低化性及多孔性，且設置於該容置空間110中而供所述有價金屬沉澱的沉澱媒材13。該等濾板12將該容置空間110分隔為一介於該等濾板12之間的作業區域101，及分別位於該等濾板12遠離該作業區域101之一側的一陽極區域102 及一陰極區域103。該作業區域101包括一適用於放置該活性碳8且靠近該陽極區域102的處理再生區部108，及一鄰接於該處理再生區部108並用於放置該沉澱媒材13且靠近該陰極區域103的沉澱區部109。其中，該濾板12較佳是採用玻璃纖維材質，而所述沉澱媒材13之低化性，是指其與金屬產生化學反應之活性低，因此適用於作為供有價金屬沉澱於其中的材料。
同時參閱圖1與圖2，本發明自活性碳中回收有價金屬的回收方法之一實施例，包含一前置步驟91、一電動步驟92，及一回收步驟93。在本發明回收方法的實施例中，是以採用前述本發明回收裝置為例來說明，但實際實施本發明回收方法時，並不以使用前述回收裝置為限。
在本發明回收方法之實施例的該前置步驟91中，是在該電解液E中設置該沉澱媒材13。其中，該電解液E可採用鹽酸、硫酸、檸檬酸、乙二胺四乙酸，或氯化鈉的水溶液，以提供足以導電而進行電解的電解質。而該沉澱媒材13較佳是採用不含金屬成分的標準砂，具體為使用渥太華標準砂(Metal Free Ottawa Sand)。所述標準砂具有不易與金屬產生化學反應的特性，在不刻意擠壓的狀況下而將所述標準砂堆置於該沉澱區部109時，還能形成多孔的結構，提供所述有價金屬得以沉澱的空間。
該電動單元2包括一個用以提供直流電能的供電器 21，及二電連接於該供電器21且分別伸置於該陽極區域102與該陰極區域103中的電極22。執行本發明回收方法之實施例的該電解步驟92時，是採用直流電，對吸附所述有價金屬的該活性碳8在該電解液E中施加電力。該等電極22在該電解液E中執行電解時，在陽極與陰極之間，會因形成電場而產生由陽極往陰極的電滲流。另外，因電解時陽極的周遭會因失去電子而產生正電離子，而陰極的周遭則會得到電子而產生負電離子，透過正價的金屬離子易於與負電離子反應為鹽類化合物而沉澱的特性，配合所述電滲流及離子遷移效性使金屬離子往陰極移動的驅動力，會使所述有價金屬自該活性碳8脫附為離子態並往陰極移動，且所述有價金屬則會在陰極附近與負電離子反應。此時，透過該等濾板12的過濾效果，僅容許分子相對較小的液體通過，而所述有價金屬因而會被限位於該作業區域101中，因此不會在陰極區域103中吸附於該電極22上，而會在反應形成鹽類化合物後，沉澱於該沉澱區部109的該沉澱媒材13中。
要特別說明的是，在該電動步驟92中所使用的該電解液E，是配合欲回收之有價金屬的金屬種類而選擇，配合界達電位(Zeta Potential)的預先測量，預先設定較佳的環境pH值，並提供適當的電能而優化金屬移動的效果，來提高回收的效果。例如以欲回收之有價金屬為銅而言，該電解液E較佳是選用濃度0.1M之硫酸 的水溶液，並使環境pH值大於5.1，在配合施加電流為28(mA)、電流密度為0.29(mA/cm2)之電能時，可產生較佳的電滲流移動效果，故能藉此提高回收率。
接著在該回收步驟93中，當該活性碳8中的大部分所述有價金屬已沉澱，則該活性碳8會恢復對於所述有價金屬的吸附效能，可回收而重覆使用於吸附過濾的用途中。因本發明是透過能源消耗相對較少的電動力機制，故不但可節約消耗的能源而落實資源物回收再利用的理念，也因為未採用高溫處理，該活性碳8僅會因電能和化學反應而產生少量的化學性損失，可相對減少該活性碳8在回收處理過程中的消耗。而累積沉澱於該沉澱媒材13中的所述有價金屬，後續可利用例如離心、過濾等等簡單物理方法來收集，達成自該活性碳8回收所述有價金屬的目的。
綜上所述，本發明自活性碳中回收有價金屬的回收裝置及其方法，能在耗能較低且減少該活性碳8消耗的情況下，回收該活性碳8中所吸附的有價金屬，並恢復該活性碳8的吸附能力，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (8)

  1. 一種自活性碳中回收有價金屬的回收裝置，包含：一容槽單元，包括一界定出一適用於盛裝一電解液之容置空間的槽體、二間隔設置於該容置空間中且適用於隔絕所述有價金屬的濾板，及一具低化性及多孔性，且設置於該容置空間中而供所述有價金屬沉澱的沉澱媒材，該等濾板將該容置空間分隔為一介於該等濾板之間的作業區域，及分別位於該等濾板遠離該作業區域之一側的一陽極區域及一陰極區域，該作業區域包括一適用於放置該活性碳且靠近該陽極區域的處理再生區部，及一鄰接於該處理再生區部並用於放置該沉澱媒材且靠近該陰極區域的沉澱區部；及一電動單元，包括一個用以提供電能的供電器，及二電連接於該供電器且分別伸置於該陽極區域與該陰極區域中的電極，該等電極在該電解液中施加電力時，對該活性碳中的有價金屬產生自該處理再生區部往該沉澱區部移動的驅動力，使所述有價金屬沉澱於該沉澱媒材中。
  2. 如請求項1所述自活性碳中回收有價金屬的回收裝置，其中，該沉澱媒材為不含金屬成分的標準砂。
  3. 如請求項1所述自活性碳中回收有價金屬的回收裝置，其中，該電動單元的供電器是提供直流電。
  4. 一種自活性碳中回收有價金屬的回收方法，包含下列步驟：一電動步驟，對吸附所述有價金屬的該活性碳在一電解液中施加電力，使所述有價金屬自該活性碳脫附並往陰極移動；及一回收步驟，使所述有價金屬沉澱而收集。
  5. 如請求項4所述自活性碳中回收有價金屬的回收方法，還包含一在該電動步驟前的前置步驟，在該電解液中設置一具低化性及多孔性的沉澱媒材，在該回收步驟中，所述有價金屬會累積於該沉澱媒材中而沉澱。
  6. 如請求項5所述自活性碳中回收有價金屬的回收方法，其中，該沉澱媒材為不含金屬成分的標準砂。
  7. 如請求項4所述自活性碳中回收有價金屬的回收方法，其中，在該電動步驟中，是對該電解液施加直流電。
  8. 如請求項4所述自活性碳中回收有價金屬的回收方法，其中，在該電動步驟中，該電解液是採用鹽酸、硫酸、檸檬酸、乙二胺四乙酸，或氯化鈉的水溶液。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104261526A (zh) * 2014-09-17 2015-01-07 哈尔滨工业大学深圳研究生院 重金属废水的处理方法
CN105858779A (zh) * 2016-04-15 2016-08-17 江南大学 一种由低浓度重金属离子废水中回收金属的方法

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