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化学:当年自己刻电路板的廉价环保方案
maxtch
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发表于Thu Oct 12 00:19:34 CST 2017   |  只看该作者 1# 电梯直达

再来立创之前我有一段时间尝试过自己刻电路板。刻电路板用的氯化铁腐蚀剂贵且有毒,自己就琢磨着怎么能便宜点刻出板子,又能尽量不产生重金属盐溶液伤害环境。那时候我还读高中,一面在搞电子制作(拿了个上海市高中电子制作竞赛一等奖)一面在搞化学竞赛。

氯化铁溶液腐蚀铜的过程中,铁离子攻击金属铜,形成亚铁离子和铜离子,溶解到腐蚀液里:

2Fe3+ + Cu -> 2Fe2+ + Cu2+

铜铁离子都属于重金属,有毒。不过亚铁离子还原性还是比较强的,可以被空气里的氧气缓慢氧化。这是我减少重金属的一个突破口:加入某种环保氧化剂回收铁离子,这样的话反应之初只要少量铁离子充当催化剂就可以腐蚀整块电路板了。作为催化剂的铁离子可以源于少量氯化铁固体。这里我想到的是双氧水:双氧水氧化别的物质,得到的产物是水,不产生污染。亚铁离子和双氧水需要酸性条件反应,但反应很迅速:

2Fe2+ + 2H+ + H2O2 -> 2Fe3+ + 2H2O

这下腐蚀液有两个成分:双氧水和某种酸。直接买双氧水会遇到危险品管制,但不受管制的染发膏里面用的双氧水膏浓度也不低,可以从美发用品商店单独买双氧水膏。因为有额外加入的酸,催化剂也不一定要用氯化铁固体了:铁锈和酸反应可以得到铁离子。也就是说准备腐蚀液时往里面丢几颗锈钉子,等铁锈溶解了把剩下的光钉子捞出来就行:

Fe2O3 + 6H+ -> 2Fe3+ + 3H2O

这某种酸要求与铜和铁都能形成可溶的盐。盐酸当然可以,但强酸属于危险品不好买。查了一下手册发现醋酸铜、醋酸铁、醋酸亚铁溶解度也都比较大,而超市买来的醋精就有浓度不低的醋酸。这样的话这“某种酸”就确定用醋酸了。因为用到的铁比较少,反应有时候会比较慢,可以略微加热加速反应,不过温度太高了双氧水会分解。在整个反应中,醋酸酸化、铁离子催化下,双氧水氧化金属铜,得到铜离子和水:

Cu + H2O2 + 2H+ -> Cu2+ + 2H2O

最后一步是回收反应里面腐蚀下来的铜。醋酸铜也是重金属盐不能排放,如果可以把铜提取出来那不仅解决了排放问题,甚至可以回收腐蚀液将来再用。铜的回收倒是比较简单:电解。用铅笔芯作为惰性电极,就可以把铜离子电解出来变成金属铜,顺带恢复反应液的酸性准备下一块板子补加双氧水接着用:

2Cu2+ + 2H2O -> 2Cu(s) + O2(g) + 4H+

现在再想一下,也许当年可以用电解的方法,把回收金属铜和回收铁离子两个步骤合并了,也就不需要双氧水了。当年我用这个工艺刻过好几块板子,回收铜的铅笔芯上面也镀了厚厚一层铜,只可惜这么多年了这些东西都不知放在哪里了。

该帖子已被maxtch于Thu Oct 12 00:23:19 CST 2017编辑过
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流浪的猫
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发表于Thu Oct 12 08:42:13 CST 2017   |  只看该作者 2#
H+哪里来的?
生日的蛋糕
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发表于Thu Oct 12 09:12:42 CST 2017   |  只看该作者 3#
这水不错,可以用来种草莓
maxtch
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发表于Thu Oct 12 10:04:06 CST 2017   |  只看该作者 4#
流浪的猫 发表于 Thu Oct 12 08:42:13 CST 2017  2# H+哪里来的?
醋酸。醋酸是弱酸,但酸过量条件下在这里也够用了。
maxtch
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发表于Thu Oct 12 17:25:17 CST 2017   |  只看该作者 5#
生日的蛋糕 发表于 Thu Oct 12 09:12:42 CST 2017  3# 这水不错,可以用来种草莓
这么多铜离子,草莓哪怕能种出来,恐怕也有毒吧……
生日的蛋糕
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发表于Thu Oct 12 20:08:57 CST 2017   |  只看该作者 6#
maxtch 发表于 Thu Oct 12 17:25:17 CST 2017  5# 这么多铜离子,草莓哪怕能种出来,恐怕也有毒吧……
本来就是要加硫酸铜,正好省了
maxtch
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发表于Fri Oct 13 01:32:32 CST 2017   |  只看该作者 7#
生日的蛋糕 发表于 Thu Oct 12 20:08:57 CST 2017  6# 本来就是要加硫酸铜,正好省了
醋酸根离子有比较强的配位活性,会形成络合物,把铜离子包裹住的。铜离子有机络合物和生物体的相互作用和简单的(水合)铜离子很不一样。
生日的蛋糕
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发表于Fri Oct 13 08:49:27 CST 2017   |  只看该作者 8#
maxtch 发表于 Fri Oct 13 01:32:32 CST 2017  7# 醋酸根离子有比较强的配位活性,会形成络合物,把铜离子包裹住的...
这我不就清楚,要不然还是还给你好了
人生亦精彩
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发表于Wed Oct 18 16:42:39 CST 2017   |  只看该作者 9#
想想以前用过腐蚀的、刀刻、雕刻机这过程那一个累啊,还好立创的出现,不但省成本还能保证交期。
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