微波水热环境下废液晶显示面板有机分子的反应机理研究

Liquid crystal display (LCD) panels contain varieties of organic molecules with environmental toxicity, and LCD glass substrates are etched with indium which has higher toxicity than lead. It is vital to properly handle these organic molecules in the treatment of waste LCDs. Based on molecular characteristics of them, with the aid of hydrothermal reaction and microwave irradiation, this study attempts to regulate decomposition of organic molecules in waste LCD panels and realize resource recovery. Major projects will focus on the research on phenomenological influence law of microwave hydrothermal degradation of organic matters, and the investigation of the mechanism and reaction kinetics of degrading toxic components harmless and transformation of valuable components into organic acids through the analysis of organic molecular evolution. The effect of microwave irradiation on hydrothermal treatment will be explored by comprehensive analysis of the interact relation among microwave field characteristic, the polar molecules space effect and substituent effect as well as fluid mechanic characteristics of the reaction system. The leaching of metal ions in the process of hydrothermal reaction will be also analyzed. The aim of the study is to reveal the optimized reaction conditions and process regulatory mechanism which can effectively inhibit the release of heavy metal and ensure synchronous realization of harmless treatment of toxic components and efficient transformation of valuable components into acids. Relevant research achievements will enrich the theory of microwave, hydrothermal and other physical chemical processes, and promote the technological progress of treatment of waste LCD.

液晶显示器(LCD)面板中含有多种具有环境毒性的有机分子，LCD玻璃基板表面还刻蚀有毒性高于铅的铟。妥善处理这些有机物分子已经成为废LCD回收和资源化管理中的关键和难点。本课题针对这些有机物的分子特性，试图利用水热环境和微波场的作用，调控废LCD面板有机分子的分解，并实现资源化利用。为此，拟重点研究有机物微波水热降解的唯象影响规律；通过对有关有机物分子演变历程分析，从分子层面探究毒害组分无害化和有价组分产酸资源化的机理与反应动力学规律；综合微波电磁场强度、极性分子空间效应和取代基效应以及反应体系流体力学特性等因素分析微波场对水热反应的促进作用；分析金属离子水热溶出规律，最终揭示有效抑制金属溶出并确保同步实现毒害组分无害化和有价组分高效产酸资源化的优化反应参数与过程调控机制。有关研究成果将丰富微波、水热等物理化学过程的理论，并促进废LCD资源化高值利用的技术进步。

随着大量液晶显示设备进入报废期，其处理处置问题已成为关乎生态系统质量和人类健康的重要问题。液晶显示器(LCD)面板中含有多种具有环境毒性的有机分子，妥善处理这些有机物分子已经成为废LCD回收和资源化管理中的关键和难点。本项目利用微波水热技术，对废弃液晶显示面板中的有机物进行降解研究。.无微波场的水热反应可对典型液晶化合物乙基对甲氧基二苯乙炔进行有效降解，当反应温度为275℃，反应时间5min，去离子水加入量3.5mL，过氧化氢溶液添加量0.3mL时，降解率可达100%。在无微波场的铟浸出中，反应时间为11min，反应温度300℃，添加水36 mL和氧化剂7.2mL，此时重金属铟基本存在于固相残渣中。.对偏光片模型化合物的微波水热研究表明，在中性条件下，添加3g CTA，300mL水，6mL过氧化氢，保持固液比为10g/L，控制反应温度270℃，反应时间 5 min，可以实现乙酸产出，此时乙酸产率为72.46%。对液晶单体的微波水热研究表明，添加20mL H2O2、0.3g活性炭、300mL水，在250℃下反应7min，则200mg典型TFT型DTFPB液晶单体降解率可达到100%。三种混合液晶共降解率达到100%，且无有害副产物检出。对液晶显示面板实际物料的微波水热研究表明，在添加3g 废液晶显示面板，1g活性炭，300mL水，6mL过氧化氢在270℃下反应1min，可以实现乙酸产出，乙酸产率为61.41%。对废液晶显示面板生产乙酸的生命周期评价研究表明，（微波）水热过程和酸浸过程是产生环境负面影响的主要子过程。其中，电力投入，硫酸和过氧化氢的使用是产生环境负面影响的主要因素。与传统水热过程相比较，微波水热过程在各环境影响类别中均对环境排放有所削减。.可见与传统水热技术相比，微波水热技术能够在更温和的条件下获得更好的降解效果。