液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)因为其成本低、显示性能好、易携带、无电磁辐射和易实现大画面显示等优点,迅速成为当今最有活力的电子产品之一。然而,大量报废的液晶显示器却成为电子垃圾(E-waste)的主要成分之一,给环境和人类健康带来严重的威胁。同时废弃液晶显示器中也有着许多值得回收的金属(玻璃面板中的铟),因此对废弃液晶显示器进行资源化回收具有重要意义。生物浸出技术作为一种绿色的环保的处理技术被应用在电子垃圾的处理中,而在液晶显示器的资源化回收中尚未有利用生物浸出的相关报道。基于此,本课题尝试用生物浸出法对废弃液晶显示器中铟进行浸出,同时探究电沉积法对回收生物浸出液中三价铟离子的可行性,为实际的生物浸出液中金属铟离子的回收提供理论依据。本论文主要包括以下研究内容:(1)在前期驯化的基础上,设置四个不同生物浸出体系,即铁氧化菌(IOB)、硫氧化菌(SOB)、混合菌(MSB1)和(铁氧化菌+硫氧化菌)(MSB2),探究其对废弃液晶显示器中铟生物浸出的影响。分析浸出过程中铟的浓度和浸出沉淀物,构建浸出过程各个参数的变化动力学。试验结果表明:在浸出实验中,化学对照组中几乎检测不到铟离子的存在,其浓度可忽略不计;而在4个生物浸出体系中,铟的浸出率各不相同。经8d处理后,MSB2体系组中的铟浸出效率最高(97%),SOB体系组次之(77%),而在MSB1体系下为50%,在IOB体系组最低(2%),几乎没有浸出来。从浸出过程的pH值变化动力学可知,铟的浸出以酸浸为主。由于酸浸和Fe3+的协同作用,使MSB2体系的浸出效率高于SOB。(2)运用基于高通量测序的宏基因组研究方法分析了各个生物浸出体系的微生物群落结构,结果表明:经过不同条件的驯化,各个体系的微生物种类和数目均发生了明显的变化,占优势的菌群大多分布在放线菌门(Actinobacteria),放线菌纲(Actinobacteria)。与原始污泥相比,四个生物浸出体系的主要门种类有所下降,说明生物浸出体系对不同微生物具有选择性。在四个浸出体系中,g3、g5、g6和g11所占比例均较高;g5在IOB、SOB和MSB2三个体系中均是优势菌群。但是,利用IOB处理废弃液晶显示器的浸出效率却仅为2%,这可能是因为培养基能源物质的差异引起的,即缺乏S能源,导致微生物无法代谢产酸。综合以上数据可得如下结论:①废液晶显示器中铟的浸出以酸浸形式为主;②占优势的菌群不一定具有浸出功能;③g5能以Fe2+为能源,又能以S单质为能源,属于放线菌门,防线菌纲,防线菌目,ACK-M1科;④g6可能是以Fe2+为主要能源物质的菌。(3)通过循环伏安分析,计时电流法对模拟的废弃液晶显示器生物浸出液进行测试,结果表明:pH为2.5时有利于铟的沉积,在这个条件下铟的电沉积受扩散控制,8小时后铟的沉积效率达到87%。
