脉冲放电联合研磨预处理高效回收聚酰亚胺漆包线中的高纯度铜

为解决聚酰亚胺漆包线绝缘膜难以去除、传统回收方法能耗高且污染大的问题，研究人员创新性地采用研磨预处理联合脉冲放电技术，实现了93.0 wt%的薄膜去除率，铜纯度达99.8 wt%。该方法通过局部碳化和自由基氧化选择性剥离薄膜，能耗仅为6.1 kJ/g，显著低于传统冶炼工艺（36.2 kJ/g-Cu），为高值化回收电子废弃物中的铜资源提供了绿色高效的解决方案。

　　

随着全球向零碳社会转型，铜作为可再生能源设备和电动汽车的核心材料需求激增，预计205年需求量将达5500万吨。然而，全球40%的铜矿集中在智利，且原生铜冶炼能耗已翻倍至36.2 GJ/t-Cu。漆包线废料作为高品位铜资源（纯度≥99.999%），每年产生约100万吨，但其聚酰亚胺（PI）绝缘膜因耐500℃高温、抗溶剂腐蚀的特性，传统热解或化学处理面临能耗高、产生二噁英等难题。

日本早稻田大学（Waseda University）创造性工程与科学研究科的Takuji Kirihara团队在《Waste Management》发表研究，开发出研磨预处理联合水中脉冲放电的物理法，成功破解PI膜高效剥离难题。该方法通过三步实现：1）采用转速25000-30000 rpm的速磨机暴露铜基底；2）30 kV高压脉冲引发局部等离子体（温度＞1400℃），使PI膜界面碳化；3）水中生成的羟基自由基选择性氧化C=O键降低附着力。关键实验技术包括高速显微成像（10⁶ fps）追踪放电动力学、FTIR/Raman分析化学键变化，以及TOC测定碳含量。

3.1 预处理增效机制

速磨预处理使铜暴露面积达69.5%，联合脉冲放电后薄膜去除率提升至93.0 wt%，较单纯机械法（64.9 wt%）显著提高。SEM显示球形铜颗粒（熔点1085℃）证实局部超高温效应。

3.3 材料回收特性

过滤水COD_Mn仅4.63 mg/L，经PTFE膜过滤后未检出有机物。EDS证实滤渣主要为电极蚀刻产生的铁铜微粒，无有机残留。

3.5 化学键演变

FTIR显示白变区域C=O键（1716 cm^-1）减少69%，Raman检测到碳化特征D/G峰（1300/1590 cm^-1），证实自由基氧化与热解协同作用。

3.6 剥离动力学

高速摄影捕捉到60 μs内完成的"放电-碳化-剥离"链式反应，二次放电即可实现膜层分离，较传统热处理（数小时）效率提升10⁵倍。

该研究开创了电子废弃物中难降解聚合物-金属复合体的绿色分离新范式。通过物理法替代热解/溶剂溶解，不仅将能耗降低83%，且避免了二噁英排放。回收铜纯度99.8 wt%可直接电解精炼，而水中脉冲放电的可循环设计（电导率维持0.0008 S/m）更符合工业规模化需求。尤其值得关注的是，该方法通过精准调控放电参数，实现了PI膜的选择性界面分解，为其他高值金属-聚合物复合材料（如锂电池隔膜）的回收提供了普适性技术框架。