CN109437181B - 一种氧化石墨烯浆料的综合处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种氧化石墨烯浆料综合处理系统。所述系统包括纯化装置和废液处理装置，其中，纯化装置包括进料口、罐体、第一、第二隔板、超声单元、出料口和排液口，第一、第二隔板横向设在罐内以将其分为反应区、过滤区和收集区；进料口、出料口、排液口分别与三个区连接；废液处理装置包括活性炭废液排出单元，沉淀剂供给单元，第一、第二沉淀单元，分离单元，其中，第一沉淀单元能将两种废液混合，沉淀并得第一中间溶液；第二沉淀单元能将第一中间溶液与沉淀剂混合，沉淀并得第二中间溶液；分离单元能分离第二中间溶液。本发明有益效果包括：能够有效纯化氧化石墨烯；能够以废治废，回收KNO₃和KCl，节约成本；装置简便。

Description

一种氧化石墨烯浆料的综合处理系统

技术领域

石墨烯生产制备技术领域，特别地，涉及一种能够净化氧化石墨烯浆料并回收利用杂质元素的综合处理系统。

背景技术

21世纪初，科学界出现了纳米石墨片这种材料。2006年，英国The University ofManchester的两名科学家通过机械剥离的方法巧妙地制备了单层石墨，从而正式揭开了石墨烯这种材料的面纱，两人也因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。理想的石墨烯材料有单层石墨构成，其碳原子与碳原子之间通过sp₂杂化轨道相连接，而形成稳定的六元环结构。研究发现，石墨烯材料具有良好的各种物理化学性质。例如：比金属金更加好的电子导通性、比钢更好的机械强度、超大的比表面积、良好的光学性能、超导等。鉴于这些特殊的性质，石墨烯材料在军事、交通、移动设备等方面有巨大的应用潜力。

在工业生产中，应用氧化插层法可以大规模制取氧化石墨烯粉体。氧化插层法生产的氧化石墨烯浆料中含有大量的杂质离子。现有纯化氧化石墨烯浆料的处理装置中，氧化石墨烯的纯化存在效率低，效果差等问题，纯化后氧化石墨烯产品纯度不高，品质下降。而且纯化产生的废液对环境的危害很大。由于氧化石墨烯生产过程中会产生无机酸和无机盐等，无法使用生物化学方法对废液进行处理。当前去除废液中各种离子所用的化学试剂成本较高，同时还需要通过一系列膜分离及系统处理废水中的不溶性杂质。

为了尽可能提高纯化后氧化石墨烯的品质和减少氧化石墨烯废液对环境的危害，同时减轻企业运营成本，寻求一种高效且低成本的氧化石墨烯浆料净化装置刻不容缓。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够提高氧化石墨烯纯化效率、并高效去除废液中杂质离子、以及回收利用杂质元素的氧化石墨烯浆料的综合处理系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种氧化石墨烯浆料的综合处理系统。所述氧化石墨烯浆料中的杂质离子可包含有NO₃ ^-和Cl^-中的至少一种、以及K⁺、Mn²⁺、Fe³⁺和SO₄ ^2-，所述综合处理系统可包括依次连接的纯化装置和废液处理装置，其中，所述纯化装置包括进料口、罐体、第一隔板、第二隔板、超声发生单元、出料口和废液排出口，其中，所述第一隔板和第二隔板沿罐体的横截面设置在罐体内，以将罐体分隔为上下依次分布的反应区、过滤区和收集区，所述第一隔板上设置有能够将反应区和过滤区连通的可开合部件，所述第二隔板上设置有能够实现固液分离的过滤部件；所述进料口设置在罐体上部并与所述反应区连通，以使氧化石墨烯浆料、络合剂和酸性溶液通过该进料口进入所述反应区；所述超声发生单元设置在所述反应区内，以向反应区提供超声环境，使络合反应充分进行；所述出料口设置在罐体的侧壁上并位于所述第二隔板上方，以便排出沉积在所述过滤部件上的纯化后的氧化石墨烯；所述液体排出口设置在所述罐体下部或底部并与所述收集区连通，以便排出聚集在所述收集区内且包含有所述氧化石墨烯浆料中的杂质离子的氧化石墨烯废液；所述废液处理装置包括活性炭废液排出单元、沉淀剂供给单元、以及依次连接的第一沉淀单元、第二沉淀单元和分离单元，其中，所述活性炭废液排出单元与第一沉淀单元连接，并能够向第一沉淀单元提供包含有K₂CO₃的活性炭生产废液；所述第一沉淀单元还与所述废液排出口连接，能将氧化石墨烯废液和活性炭生产废液混合，以沉淀氧化石墨烯废液中的Mn²⁺和Fe³⁺并获得第一中间溶液；所述沉淀剂供给单元与第二沉淀单元连接，并能够向第二沉淀单元提供沉淀剂；所述第二沉淀单元能够将第一中间溶液与沉淀剂混合，以去除第一中间溶液中的SO₄ ^2-、以及当所述活性炭废液过量时而存在的CO₃ ^2-，并获得包含有KNO₃和/或KCl的第二中间溶液，所述沉淀剂包括阴离子NO₃ ^-和/或Cl^-；所述分离单元能够将所述第二中间溶液进行分离，以获得KNO₃和/或KCl、以及水体。

根据本发明的一个示例性实施例，所述纯化装置还可包括设置在所述出料口的离子浓度检测单元，以检测所述纯化后的氧化石墨烯中杂质离子的浓度。

根据本发明的一个示例性实施例，所述纯化装置还可包括具有控制器和输料构件的返料单元，所述控制器与所述离子浓度检测单元连接，并根据离子浓度检测单元的检测结果判断是否启动输料构件，所述输料构件能够将从出料口排出的纯化后的氧化石墨烯提供至进料口。

根据本发明的一个示例性实施例，所述纯化装置还可包括减压抽滤单元，所述减压抽滤单元设置在所述收集区并使所述收集区形成倒U形腔体。

根据本发明的一个示例性实施例，所述纯化装置还可包括设置在第一隔板与过滤部件之间的缓冲保护层，所述缓冲保护层能够吸收并缓冲所述超声发生单元所产生的超声波，以保护所述过滤部件。换而言之，所述缓冲保护层吸收并缓冲超声发生单元所产生的超声波对过滤部件的影响。

根据本发明的一个示例性实施例，所述第二隔板与所述过滤部件可一体化形成。

根据本发明的一个示例性实施例，所述进料口可包括第一子进料口和第二子进料口，其中，所述第一子进料口用于向反应区中装入纯化对象，所述第二子进料口用于向反应区中装入络合剂和酸性溶液。

根据本发明的一个示例性实施例，所述纯化装置还可包括：与第一子进料口的出料口连接的第一喷嘴，与第二子进料口的出料连接的第二喷嘴。第一喷嘴和第二喷嘴能够使氧化石墨烯浆料、络合剂和酸性溶液混合均匀。

根据本发明的一个示例性实施例，所述纯化装置还可包括设置在所述罐体下部或底部并与收集区连通的液体排出口。

根据本发明的一个示例性实施例，所述第二隔板上的过滤部件可包括聚碳酸酯膜。

根据本发明的一个示例性实施例，所述处理系统还可包括设置在第二沉淀单元和分离单元之间的净化单元，所述净化单元能够对所述第二中间溶液进行净化，以进一步去除所述第二中间溶液中的沉淀。

根据本发明的一个示例性实施例，所述净化单元可包括活性炭吸附池。

根据本发明的一个示例性实施例，在所述第二中间溶液包括KNO₃和KCl的情况下，所述净化单元能够先将所述第二中间溶液分离为浓缩溶液和水体，再将浓缩溶液中的KNO₃和KCl进行分离。

根据本发明的一个示例性实施例，所述分离单元可包括反渗透设备和重结晶设备。

根据本发明的一个示例性实施例，在所述第二中间溶液包括KNO₃或KCl的情况下，所述净化单元可包括蒸馏设备。所述蒸馏设备能够蒸发并回收所述第二中间溶液中的水体，同时得到KNO₃或KCl。

根据本发明的一个示例性实施例，所述处理系统还可包括与所述分离单元连接的废水收集单元，所述废水收集单元能够收集所述分离单元分离出的水体。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明的综合处理系统不仅能够有效地使氧化石墨烯和杂质离子分离，提高氧化石墨烯纯化的彻底性；而且还能够以废治废，高效除去氧化石墨烯废液中的Fe³⁺、Mn²⁺等重金属离子，以及SO₄ ^2-和CO₃ ^2-，回收KNO₃和KCl，节约成本；本发明的综合处理系统装置简便，便于使用。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明一个示例性实施例中的氧化石墨烯浆料综合处理系统的一个结构示意图；

图2示出了本发明示例中的纯化装置的一个结构示意图；

图3示出了本发明示例中的废液处理装置的一个结构示意图。

主要图例说明：

10-进料口，11-第一子进料口，12-第二子进料口；20-反应区，21-超声波发生器，22-第一隔板；30-过滤区，31-第二隔板，32-出料口，33-ICP离子浓度检测器，34-缓冲保护层；40-收集区，41-液体排出口，42-真空泵。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的氧化石墨烯浆料的综合处理系统。

在生产氧化石墨烯产生的浆料中，杂质离子会与氧化石墨烯结合在一起，这就导致氧化石墨烯的纯度不高。常规的纯化装置存在纯化效率低、不够彻底等缺点。而且，纯化后的氧化石墨烯废水包括了硝酸根离子(NO₃ ^-)和氯离子(Cl^-)中的至少一种、以及锰离子(Mn²⁺)、铁离子(Fe³⁺)、硫酸根离子(SO₄ ^2-)和钾离子(K⁺)等，因此也需要对废液进行处理，以除去不希望存在的元素并回收，并使经处理的废水达到工业废水排放标准。

本发明的氧化石墨烯浆料综合处理系统在纯化过程中同时应用了络合剂和稀盐酸洗涤的方法，并配合超声作用，以此来更能有效地使氧化石墨烯和杂质离子分离，同时分离出杂质离子在络合剂的作用下不会再和氧化石墨烯结合，从而提高了纯化的彻底性，避免了其反复结合。而且本发明的综合处理系统还能够通过活性炭生产废液来处理纯化后的废液，能够以废治废，并能够回收利用其中的NO₃ ^-和Cl^-，得到符合排放标准的水体。

图1示出了本发明一个示例性实施例的氧化石墨烯浆料综合处理系统的一个示意图。

在本发明的一个示例性实施例中，所述氧化石墨烯浆料的综合处理系统可包括依次连接的纯化装置和废液处理装置，其中，

如图1所示，所述纯化装置可包括进料口、罐体、第一隔板、第二隔板、超声发生单元(图中未示出)、出料口和废液排出口(图中未示出)，其中，

如图1所示，所述第一隔板和第二隔板沿罐体的横截面设置在罐体内，以将罐体分隔为上下依次分布的反应区、过滤区和收集区，所述第一隔板上设置有能够将反应区和过滤区连通的可开合部件(图中未示出)，所述第二隔板上设置有能够实现固液分离的过滤部件(图中未示出)，即过滤部件能够使纯化后的氧化石墨烯留在过滤区，使氧化石墨烯废液进入收集区。当反应区内的物料在反应时，可开合部件呈闭合状态；在反应结束之后，可开合部件呈开合状态，使反应后的物料从反应区进入过滤区。所述第二隔板上的过滤部件可为过滤膜，过滤膜可包括聚碳酸酯膜。聚碳酸酯膜上滤孔的孔径可为10～100nm，以充分过滤纯化后的氧化石墨烯。

如图1所示，所述进料口设置在罐体上部并与所述反应区连通，以使氧化石墨烯浆料、络合剂和酸性溶液通过该进料口进入所述反应区，所述氧化石墨烯浆料可包括氧化插层法制得的氧化石墨烯浆料。进料口可包括第一子进料口和第二子进料口，第一子进料口用于向反应区中加入氧化石墨烯浆料，第二子进料口用于向反应区中加入络合剂和酸性溶液。第一子进料口和第二子进料口的出口还可分别设置有喷头，以使氧化石墨烯浆料与络合剂、酸性溶液混合均匀。

如图1所示，所述出料口可设置在罐体的侧壁上并位于所述第二隔板上方，以便排出沉积在所述过滤部件上的纯化后的氧化石墨烯。出料口还可设置有离子浓度检测单元，以检测所述纯化后的氧化石墨烯中杂质离子的浓度。离子浓度检测单元可包括ICP(Inductively Coupled Plasma，感应耦合等离子体)离子浓度检测器。纯化装置还可包括返料单元，返料机构具有控制器和输料构件，控制器可与所述离子浓度检测单元连接，并根据离子浓度检测单元的检测结果判断是否启动输料构件；输料构件能够将从出料口排出的纯化后的氧化石墨烯提供至进料口。

所述液体排出口设置在所述罐体下部或底部并与所述收集区连通，以便排出聚集在所述收集区内且包含有杂质离子的氧化石墨烯废液；氧化石墨烯废液中的杂质离子可与氧化石墨烯浆料中的杂质离子相同，即包含有NO₃ ^-和Cl^-中的至少一种、以及K⁺、Mn²⁺、Fe³⁺和SO₄ ^2-。

所述超声发生单元可设置在所述反应区内，以向反应区提供超声环境，使络合反应充分进行。在反应区内，在超生波的作用下，与氧化石墨烯结合的金属杂质离子会与其脱离并与结合性更好的络合剂相结合，同时由于超声的作用，氧化石墨烯可以更好的分散并与H⁺结合，不会在向络合剂争夺金属离子。在进行超声时，超声波的频率可为50～750Hz，该范围的超声频率能够使氧化石墨烯官能团上的杂质离子更好的脱除。

如图1所示，所述氧化石墨烯废液处理装置可包括活性炭废液排出单元、沉淀剂供给单元、以及依次连接的第一沉淀单元、第二沉淀单元和分离单元，其中，

所述活性炭废液排出单元与第一沉淀单元连接，并能够向第一沉淀单元提供包含有K₂CO₃的活性炭生产废液。所述活性炭生产废液的pH可为10～14，所述活性炭废液中K₂CO₃的的浓度可为0.01～1mol/L。若活性炭废液直接排放，由于其呈现碱性且含有K₂CO₃溶剂，其会对环境造成污染。所述活性炭生产废液可包括氢氧化钾活化活性炭时产生的废液。

所述沉淀剂供给单元与第二沉淀单元连接，并能够向第二沉淀单元提供沉淀剂。所述沉淀剂中的阳离子可包含有能够与SO₄ ^2-和CO₃ ^2-结合成沉淀的阳离子，例如沉淀剂可为CaCl₂和Ca(NO₃)₂中的至少一种，或者可为CaCl₂和Ca(NO₃)₂溶液中的至少一种。

所述第一沉淀单元还与所述废液排出口连接，并能够将氧化石墨烯废液与K₂CO₃的活性炭生产废液混合，以沉淀氧化石墨烯废液中的Mn²⁺和Fe³⁺并获得第一中间溶液。活性炭废液和氧化石墨烯废液混合后，CO₃ ^2-与Mn²⁺结合生成MnCO₃沉淀，CO₃ ^2-还与H₂O、Fe³⁺反应生产Fe(OH)₃沉淀，除去沉淀(例如过滤)后，得到的第一中间溶液中可包含有NO₃ ^-和Cl^-中的至少一种、以及K⁺、SO₄ ^2-，甚至在活性炭生产废液过量时，第一中间溶液还可包含有CO₃ ^2-；第一中间溶液的pH可为9～12，进一步地可为11±0.5，这样可以使溶液呈现碱性特征，以确保Fe³⁺完全被除去。

所述第二沉淀单元能够将第一中间溶液与沉淀剂混合，以去除第一中间溶液中的SO₄ ^2-、以及当所述活性炭废液过量时而存在的CO₃ ^2-，并获得包含有KNO₃和/或KCl的第二中间溶液。

所述分离单元能够将所述第二中间溶液进行分离，以获得KNO₃和/或KCl、以及水体，即可以获得两类物质，一类为KNO₃和/或KCl，另一类为水体。其中，得到的水体为符合工业排放标准的废水。所述分离单元能够先对第二中间溶液进行浓缩，获得高浓度的KNO₃和/或KCl溶液、以及水体，然后再使高浓度溶液中的溶质析出，以获得KNO₃和/或KCl。

在本实施例中，所述纯化装置还可包括设置过滤层之上的缓冲层，所述缓冲保护层能够吸收超声处理剩余的能量，以减少超声能量对过滤层的损害，例如，当过滤部件为聚碳酸酯膜(即PC膜)时，过剩的超声能量能够对其造成伤害。所述缓冲保护层可包括海绵，海绵的厚度可为1～100cm。

在本实施例中，所述纯化装置还可包括设置在收集区内的减压抽滤单元，其抽滤减压的压强范围可以是10～100Pa。在减压抽滤单元的作用下，第二隔离层中的过滤部件可以严格有效分离氧化石墨烯和杂质络合离子。减压抽滤单元可包括真空泵。

所述收集区为倒U型结构，即进一步地，第二隔板可设置为向上突起的弧形。

减压抽滤单元可放置于倒U结构的凹部，从而将收集与减压抽滤一体化，便于整个装置的移动。同时也可使真空泵和ICP检测器都被整合成为一体。

在本实施例中，可开合部件可包括设置在第一隔板上的开口、以及能够打开和闭合该开口的挡板。超声发生单元置于第一隔板上时，可开合部件可设置在超声发生单元的四周；进一步地，可开合部件可均匀设置在第一隔板的边缘。开口之上还可覆盖有过滤膜。其中，开口上的过滤膜可以过滤掉粒径较大的氧化石墨烯，例如粒径不小于0.1μm的氧化石墨烯。

在本实施例中，所述第二隔板与所述过滤部件可一体化形成。

在本实施例中，所述浆料可包括通过氧化插层法得到的氧化石墨烯浆料。浆料中氧化石墨烯的含量可为0.01～100g/L，所述氧化石墨烯官能团上结合的杂质离子在氧化石墨烯上的重量百分比可为0.01～1％，例如0.1％。氧化石墨烯官能团上结合的杂质离子可包括Mn²⁺、K⁺和Fe³⁺中的至少一种。

在本实施例中，络合剂可包括柠檬酸、柠檬酸钠、硫代硫酸钠、亚硫酸钠、乙二胺四乙酸钠、聚丙烯酸、葡萄糖酸钠或海藻酸钠。

所述络合剂的加入量为能够与杂质离子络合反应的理论量的1.0～1.2倍。

若浆料中未有与氧化石墨烯官能团结合的金属杂质离子，浆料中杂质离子的浓度可为10^-6～1g/L，针对单位体积的浆料，络合剂的加入量可为10^-6-1.2g/L。

若浆料中也可存在未与氧化石墨烯官能团结合的金属杂质离子，这部分金属杂质离子也与络合剂结合而稳定存在。络合剂的加入量液应考虑这部分离子的含量。

在本实施例中，所述酸性溶液能够提供反应所需的液体反应环境。酸性溶液可包括浓度为0.005～0.02mol/L的盐酸溶液或浓度为0.01～0.04mol/L的稀硫酸溶液，例如，稀盐酸浓度可为0.01mol/L，稀硫酸浓度可为0.02mol/L。

进一步地，酸性溶液可包括稀盐酸溶液，这是因为插层氧化法制备的氧化石墨烯本体中会含有一定量的硫酸，利用稀盐酸能够更快速的清洗氧化石墨烯。

在本实施例中，经纯化，氧化石墨烯上杂质的去除率可达99％以上，例如所述纯化后氧化石墨烯的杂质离子的重量百分比可不高于0.01％。

在本实施例中，在第二中间溶液的溶质为KNO₃或KCl的情况下，所述分离单元可包括第一分离机构。第一分离机构能够将第二中间溶液分离为KNO₃或KCl、以及水体。第一分离机构可包括蒸馏机构。

在本实施例中，在第二中间溶液的溶质为KNO₃和KCl的情况下，所述分离单元可包括依次连接的第一分离机构和第二分离机构。

第一分离机构能够将第二中间溶液分离为高浓度的溶液、以及水体。第一分离机构可包括反渗透设备或蒸馏机构。

所述第二分离机构能够从高浓度的溶液中分别分离出KNO₃和KCl。第二分离机构可包括重结晶设备，重结晶设备能够对KNO₃和KCl进行分离。重结晶设备可根据KNO₃和KCl在水的溶解度与温度的关系，使KNO₃和KCl在不同的温度下从溶液中析出，进而分别获得KNO₃和KCl。

在本实施例中，所述废液处理单元还可包括与所述分离单元连接的废水收集单元，所述废水收集单元能够收集分离单元分理处的水体。

在本实施例中，所述处理系统还可包括设置在第二沉淀单元和分离单元之间的净化单元，净化单元能够对第二中间溶液进行净化，以进一步除去产生的硫酸盐和碳酸盐沉淀。其中，净化单元可包括活性炭吸附池，即可通过活性炭吸附来进行净化。

在本实施例中，所述第一沉淀单元还可包括pH调节机构，所述pH调节机构能够调节第一沉淀单元中溶液的pH值。

在本实施例中，第一沉淀单元和第二沉淀单元都可为沉淀池，在沉淀沉积之后，第一、第二沉淀单元能够排出上清液，以分别获得第一、第二中间溶液。

在本实施例中，第一、第二沉淀单元都可设置为类似上述净化装置的结构。例如，第一沉淀单元也包括罐体进料口、出料口、隔板和过滤板，其中，隔板、过滤板沿罐体的横截面设置在罐体内，以将罐体分隔为上下依次分布的沉淀区、过滤区和收集区，隔板上也设置有能够将沉淀区和过滤区连通的可开合部件，过滤板能够实现固液分离，即使沉淀留在过滤区，溶液进入收集区；进料口设置在罐体的上部并与沉淀区连通，以使活性炭生产废液与氧化石墨烯废液进入沉淀区；出料口设置在罐体的下部并与收集区连通，以排出收集区内的第一中间溶液。进料口可包括两个子进料口，两个子进料口可分别与废液排出口、活性炭废液排出单元连接，即分别用于通入氧化石墨烯废液和活性炭生产废液。第一沉淀单元还可包括设置在罐体的侧壁上并位于过滤板上方的出料口，以便排出沉积在过滤板上的沉淀。第一沉淀单元还可包括设置在沉淀区内的搅拌机构，搅拌机构能够使活性炭生产废液与氧化石墨烯废液充分混匀。过滤板上可设置有过滤膜，以使沉淀和溶液分离。

同样，第二过滤单元也具有上述的结构。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

在本示例中，图2和图3分别示出了氧化石墨烯浆料综合处理系统的净化装置和废液处理装置。

图2示出了本发明的氧化石墨烯浆料综合处理系统中的纯化装置为一体化装置。纯化装置包括罐体，罐体的顶部设置有进料口10，进料口10包括第一子进料口11和第二子进料口12；罐体被自上而下依次横向设置的第一隔板22、第二隔板31隔离为反应区20、过滤区30和收集区40。反应区20内设置有超声波发生器21。第一隔板22上设置有可开合部件，可开合部件的开口处设有金属粗过滤筛网(图中未示出)。第二隔板31可包括过滤部件(图中未示出)。过滤区30的底部设置有出料口32，出料口32设置有ICP离子浓度检测器33。过滤区30内还包括设置在第二隔板之上的缓冲保护层34。收集区40的底部设置有液体排出口41，真空泵42。第一隔板22上的可开合部件将反应区20与过滤区30连接起来，第二隔板上31上的过滤部件将过滤区30与收集区40连接起来。

氧化石墨烯浆料可从第一子进料口11进入，氧化石墨烯浆料中的杂质离子包含有NO₃ ^-、Cl^-、K⁺、Mn²⁺、Fe³⁺和SO₄ ^2-；络合剂与稀盐酸可从第二子进料口12进入；络合剂与氧化石墨烯中含的杂质重金属离子在酸性条件下络合，然后络合物与尺寸较小的氧化石墨烯与杂质离子通过第一隔板22上的可开合部件进入到过滤区20；缓冲保护层34能够减缓超声波对第二隔板31过滤部件中的薄膜结构的冲击，由于真空抽滤系统(真空泵42与收集区的环形倒U形腔体)作用，络合物与杂质离子在负压作用下被抽滤到收集区30，尺寸较小的的氧化石墨烯得以纯化，可从出料口32流出，可通过ICP离子浓度检测器33检测纯化后氧化石墨烯剩余离子浓度，而含络合物与杂质酸根离子的废液(即氧化石墨烯废液)可从液体排出口41流出。

图3示出的氧化石墨烯废液处理装置可包括：pH值调节池、沉底池、活性炭吸附池、反渗透池、重结晶设备和工业标准废水排放池。其中，

pH调节池能够将氧化石墨烯废液和活性炭生产的工业废液(呈碱性)混合。活性炭废液能够调节氧化石墨烯废液的pH值、沉淀铁离子和锰离子，以得到第一中间溶液。活性炭废液主要是碳酸钾(K₂CO₃)，其可将氧化石墨烯的废液的pH调至9～12，以完全沉淀铁离子和锰离子。

沉底池能够将第一中间溶液和沉淀剂混合(例如CaCl₂)，以除去第一中间溶液中的CO₃ ^2-和SO₄ ^2-离子，并得到第二中间溶液。

活性炭吸附池能够低第二中间溶液进行净化，进一步除去其中的沉淀。

反渗透池中包括反渗透装置，反渗透装置能够从第二中间溶液中分离出水体，并得到含有钾离子、氯离子和硝酸根离子的浓缩溶液。

工业标准废水排放池能够收集反渗透池分离出的水体。

重结晶设备能够从浓缩溶液中分离出氯化钠和氯化钾。

将氧化石墨烯浆料、柠檬酸和稀盐酸溶液加入到上述的综合处理系统中进行综合处理。其中，氧化石墨烯官能团上结合的杂质离子在氧化石墨烯上的占比为0.9％。

在纯化装置的出料口得到纯化后的氧化石墨烯，通过ICP离子浓度检测器33检测对其进行检测，检测结果表明纯化后氧化石墨烯上杂质离子的重量百分比为0.005％以下，杂质离子去除率达到99％以上。

在重结晶设备处分别得到高纯度的氯化钠(97％以上)和氯化钾(97％以上)。对工业标准废水排放池中的废水进行检测，其符合工业废水排放的标准。

综上所述，与现有的静置沉淀和只加酸洗涤的装置相比，本发明的纯化装置能够更加有效地使氧化石墨烯和杂质离子分离，同时分离出杂质离子在络合剂的作用下不会再和氧化石墨烯结合，从而提高了纯化的彻底性，避免了其反复结合。同时本发明的减压抽滤系统可以严格有效分离氧化石墨烯和杂质络合离子，且由于收集区倒U形设计，可以使真空泵和ICP检测器都被整合成为一体，方便机器的运输和使用，减小了占地面积。

本发明的氧化石墨烯浆料净化方法的优点包括：本发明的综合处理系统能够更加有效地使氧化石墨烯和杂质离子分离，同时分离出杂质离子在络合剂的作用下不会再和氧化石墨烯结合，从而提高了纯化的彻底性，避免了其反复结合；同时本发明的减压抽滤单元设置可以严格有效分离氧化石墨烯和杂质络合离子，且由于收集区倒U形设计，可以使真空泵和ICP检测器都被整合成为一体，方便机器的运输和使用，减小了占地面积。本发明的综合处理系统在氧化石墨烯废液的处理中利用了活性炭车间的废液，通过调节pH值，高效除去了Fe³⁺，Mn²⁺等重金属离子，以废治废，节约成本；系统利用沉淀剂来高效除去废液中的SO₄ ^2-和CO₃ ^2-，同时利用重结晶设备回收利用了KNO₃和KCl；装置简便，易于操作，能够实现对氧化石墨烯废液的综合处理。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (9)

1.一种氧化石墨烯浆料的综合处理系统，其特征在于，所述氧化石墨烯浆料中的杂质离子包含有NO₃ ^-和Cl^-中的至少一种、以及K⁺、Mn²⁺、Fe³⁺和SO₄ ^2-，所述综合处理系统包括依次连接的纯化装置和废液处理装置，其中，

所述纯化装置包括进料口、罐体、第一隔板、第二隔板、超声发生单元、出料口和废液排出口，其中，所述第一隔板和第二隔板沿罐体的横截面设置在罐体内，以将罐体分隔为上下依次分布的反应区、过滤区和收集区，所述第一隔板上设置有能够将反应区和过滤区连通的可开合部件，所述第二隔板上设置有能够实现固液分离的过滤部件；所述进料口设置在罐体上部并与所述反应区连通，以使氧化石墨烯浆料、络合剂和酸性溶液通过该进料口进入所述反应区；所述超声发生单元设置在所述反应区内，以向反应区提供超声环境，使络合反应充分进行；所述出料口设置在罐体的侧壁上并位于所述第二隔板上方，以便排出沉积在所述过滤部件上的纯化后的氧化石墨烯；所述废液排出口设置在所述罐体下部或底部并与所述收集区连通，以便排出聚集在所述收集区内且包含有所述浆料中的杂质离子的氧化石墨烯废液；

所述废液处理装置包括活性炭废液排出单元、沉淀剂供给单元、以及依次连接的第一沉淀单元、第二沉淀单元和分离单元，其中，所述活性炭废液排出单元与第一沉淀单元连接，并能够向第一沉淀单元提供包含有K₂CO₃的活性炭生产废液；所述第一沉淀单元还与所述废液排出口连接，能将氧化石墨烯废液和活性炭生产废液混合，以沉淀氧化石墨烯废液中的Mn²⁺和Fe³⁺并获得第一中间溶液；所述沉淀剂供给单元与第二沉淀单元连接，并能够向第二沉淀单元提供沉淀剂；所述第二沉淀单元能够将第一中间溶液与沉淀剂混合，以去除第一中间溶液中的SO₄ ^2-、以及当所述活性炭废液过量时而存在的CO₃ ^2-，并获得包含有KNO₃和/或KCl的第二中间溶液，所述沉淀剂包括阴离子NO₃ ^-和/或Cl^-；所述分离单元能够将所述第二中间溶液进行分离，以获得KNO₃和/或KCl、以及水体；

其中，所述纯化装置还包括设置在第一隔板与过滤部件之间的缓冲保护层，所述缓冲保护层能够吸收并缓冲所述超声发生单元所产生的超声波，以保护所述过滤部件。

2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯浆料的综合处理系统，其特征在于，所述纯化装置还包括设置在所述出料口的离子浓度检测单元，以检测所述纯化后的氧化石墨烯中杂质离子的浓度。

3.根据权利要求2所述的氧化石墨烯浆料的综合处理系统，其特征在于，所述纯化装置还包括具有控制器和输料构件的返料单元，所述控制器与所述离子浓度检测单元连接，并根据离子浓度检测单元的检测结果判断是否启动输料构件，所述输料构件能够将从出料口排出的纯化后的氧化石墨烯提供至进料口。

4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯浆料的综合处理系统，其特征在于，所述纯化装置还包括减压抽滤单元，所述减压抽滤单元设置在所述收集区并使所述收集区形成倒U形腔体。

5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯浆料的综合处理系统，其特征在于，所述进料口包括第一子进料口和第二子进料口，其中，所述第一子进料口用于向反应区中装入纯化对象，所述第二子进料口用于向反应区中装入络合剂和酸性溶液。

6.根据权利要求1所述的氧化石墨烯浆料的综合处理系统，其特征在于，所述废液处理系统还包括设置在第二沉淀单元和分离单元之间的净化单元，所述净化单元能够对所述第二中间溶液进行净化，以进一步去除所述第二中间溶液中的沉淀。

7.根据权利要求6所述的氧化石墨烯浆料的综合处理系统，其特征在于，在所述第二中间溶液包括KNO₃和KCl的情况下，所述净化单元能够先将所述第二中间溶液分离为浓缩溶液和水体，再将浓缩溶液中的KNO₃和KCl进行分离。

8.根据权利要求7所述的氧化石墨烯浆料的综合处理系统，其特征在于，所述分离单元包括反渗透设备和重结晶设备。

9.根据权利要求1所述的氧化石墨烯浆料的综合处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括与所述分离单元连接的废水收集单元，所述废水收集单元能够收集所述分离单元分离出的水体。

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