CN109775729B - 一种氧化石墨烯废液的处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种氧化石墨烯废液的处理系统。所述处理系统包括氧化石墨烯废液排出单元、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，第一沉淀单元还分别与氧化石墨烯废液排出单元、活性炭废液排出单元分别与连接，能够使两种废液混合，以沉Mn²⁺和Fe³⁺并获得第一中间溶液；第二沉淀单元还与沉淀剂供给单元，能将第一中间溶液与沉淀剂混合，以去除SO₄ ^2‑、CO₃ ^2‑并获得第二中间溶液；分离单元能将第二中间溶液分离出KNO₃和/或KCl、以及水体。本发明的有益效果包括：能够高效除去氧化石墨烯废液中的Fe³⁺、Mn²⁺、SO₄ ^2‑和CO₃ ^2‑，同时能够回收KNO₃和KCl；能够以废治废，节约了成本。

Description

一种氧化石墨烯废液的处理系统

技术领域

本发明涉及工业生产过程中废液的处理，特别地，涉及一种氧化石墨烯废液的处理系统。

背景技术

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其进行处理。当前去除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。为了尽可能减少氧化石墨烯生产过程中产生的废液对环境的危害，同时减轻企业运营成本，寻求一种高效且低成本的废液处理装置刻不容缓。

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氧化石墨烯废液的处理系统，以有效地去除废液中的杂质离子。

为了实现上述目的，本发明提供了一种氧化石墨烯废液的处理系统。所述氧化石墨烯废液可包含NO₃ ^-和Cl^-中的至少一种、以及K⁺、Mn²⁺、Fe³⁺和SO₄ ^2-，所述处理系统可包括氧化石墨烯废液排出单元、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，所述氧化石墨烯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氧化石墨烯废液；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；所述第一沉淀单元能够使所述活性炭生产废液与氧化石墨烯废液混合，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。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，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。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述净化单元可包括活性炭吸附池。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，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。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述分离单元可包括反渗透设备和重结晶设备。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，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。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，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。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述第一沉淀单元包括第一罐体、第一进料口、第一出料口、第一隔板和第一过滤板，其中，所述第一隔板、第一过滤板沿第一罐体的横截面设置在第一罐体内，以将第一罐体分隔为上下依次分布的第一沉淀区、第一过滤区和第一收集区，所述第一隔板上设置有能够将第一沉淀区和第一过滤区连通的第一可开合部件、第一过滤板能够实现固液分离；所述第一进料口设置在第一罐体的上部并与第一沉淀区连通，第一进料口还与所述氧化石墨烯废液排出单元、活性炭废液排出单元连接，能够使所述活性炭生产废液与氧化石墨烯废液进入所述第一沉淀区；所述第一出料口设置在第一罐体的下部并与第一收集区连通，以排除第一收集区内的第一中间溶液。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述第一沉淀单元还包括设置在第一沉淀区内的第一搅拌机构，所述第一搅拌机构能够使所述活性炭生产废液与氧化石墨烯废液充分混匀。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述第二沉淀单元包括第二罐体、第二进料口、第二出料口、第二隔板和第二过滤板，其中，所述第二隔板、第二过滤板沿第二罐体的横截面设置在罐体内，以将第二罐体分隔为上下依次分布的第二沉淀区、第二过滤区和第二收集区，所述第二隔板上设置有能够将第二沉淀区和第二过滤区连通的第二可开合部件，所述第二过滤板能够实现固液分离；所述第二进料口设置在第二罐体的上部并与第二沉淀区连通，以使所述第一中间溶液与所述沉淀剂进入第二沉淀区；所述第二出料口设置在第二罐体的下部并与第二收集区连通，以排除第二收集区内的第二中间溶液。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述第二沉淀单元还包括设置在第二沉淀区内的第二搅拌机构，所述第二搅拌机构能够使所述第一中间溶液与沉淀剂充分混匀。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述沉淀剂包括CaCl₂溶液和Ca(NO₃)₂溶液中的至少一种。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述氧化石墨烯溶液中Mn²⁺的浓度可为0.01～2mol/L，Fe³⁺的浓度可为10^-5～10^-7mol/L，SO₄ ^2-的浓度可为0.01～2mol/L，NO₃ ^-的浓度可为0～1mol/L，Cl^-的浓度可为0～0.1mol/L。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述氧化石墨烯废液包括氧化插层法制备氧化石墨烯生产过程中产生的废液。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述活性炭生产废液的pH可为10～14，所述活性炭废液中CO₃ ^2-的浓度可为0.01～1mol/L。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述活性炭生产废液包括氢氧化钾活化法生产活性炭时产生的废液。

与现有技术相比，本发明的氧化石墨烯废液纯化系统能够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-，同时能够回收利用了KNO₃和KCl；能够以废治废节约了成本，且装置简便，成本低。

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氧化石墨烯废液处理系统的一个示意图。

图2示出了本发明另一个示例性实施例中氧化石墨烯废液处理系统的示意图。

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废液的处理系统。

氧化石墨烯工业生产中排放的废水，尤其是在氧化插层法制备氧化石墨烯排放的废水，其中包括了硝酸根离子(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。

本发明提出了一种氧化石墨烯废液的处理系统，能够高效的去除废液中的杂质离子。

在本发明的一个示例性实施例中，如图1所示，所述氧化石墨烯废液处理系统可包括氧化石墨烯废液排出单元、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，

所述氧化石墨烯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氧化石墨烯废液。所述氧化石墨烯废液中Mn²⁺的浓度可为0.01～2mol/L，Fe³⁺的浓度可为10^-5～10^-7mol/L，SO₄ ^2-的浓度可为0.01～2mol/L，Cl^-的浓度可为0～0.1mol/L，NO₃ ^-的浓度可为0～1mol/L。

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。所述沉淀剂包括阴离子NO₃ ^-和/或Cl^-。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。

所述第一沉淀单元能够使包含有K₂CO₃的活性炭生产废液与氧化石墨烯废液混合，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，所述处理系统还可包括与所述第一沉淀单元连接的pH调节单元，所述pH调节单元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，所述第一沉淀单元包括第一罐体、第一进料口、第一出料口、第一隔板和第一过滤板，其中，所述第一隔板、第一过滤板沿第一罐体的横截面设置在第一罐体内，以将第一罐体分隔为上下依次分布的第一沉淀区、第一过滤区和第一收集区，所述第一隔板上设置有能够将第一沉淀区和第一过滤区连通的第一可开合部件，第一过滤板能够实现固液分离；所述第一进料口设置在第一罐体的上部并与第一沉淀区连通，以使所述活性炭生产废液与氧化石墨烯废液进入所述第一沉淀区；所述第一出料口设置在第一罐体的下部并与第一收集区连通，以排出第一收集区内的第一中间溶液。

第一进料口可包括两个子进料口，两个子进料口可分别与氧化石墨烯废液排出单元、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。

所述第一沉淀单元还可包括设置在罐体的侧壁上并位于第一过滤板上方的出料口，以便排出沉积在第一过滤板上的沉淀。

所述第一沉淀单元还可包括设置在第一沉淀区内的第一搅拌机构，所述第一搅拌机构能够使所述活性炭生产废液与氧化石墨烯废液充分混匀。

在本实施例中，所述第二沉淀单元可包括第二罐体、第二进料口、第二出料口、第二隔板和第二过滤板，其中，所述第二隔板、第二过滤板沿第二罐体的横截面设置在罐体内，以将第二罐体分隔为上下依次分布的第二沉淀区、第二过滤区和第二收集区，所述第二隔板上设置有能够将第二沉淀区和第二过滤区连通的第二可开合部件，所述第二过滤板能够实现固液分离；所述第二进料口设置在第二罐体的上部并与第二沉淀区连通，以使所述第一中间溶液与所述沉淀剂进入第二沉淀区；所述第二出料口设置在第二罐体的下部并与第二收集区连通，以排出第二收集区内的第二中间溶液。

第二进料口可包括两个子进料口，分别用于通入第一中间溶液和沉淀剂。即两个子进料口可分别与第一沉淀单元的出料口、沉淀剂供给单元连接。

所述第二沉淀单元还可包括设置在罐体的侧壁上并位于第二过滤板上方的出料口，以便排出沉积在第二过滤板上的沉淀。

所述第二沉淀单元还可包括设置在第二沉淀区内的第二搅拌机构，所述第二搅拌机构能够使所述第一中间溶液与沉淀剂充分混匀。

在本实施例中，第一过滤板和第二过滤板上都可设置有过滤膜，以使沉淀和溶液分离。

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，氧化石墨烯废液可包括氧化插层法制备氧化石墨烯生产过程中产生的废液，也适应用其它生产氧化石墨烯的废液，例如采用其它Hummers法或者改进的Hummers法制备氧化石墨烯时产生的废液，其它Hummers法或者改进的Hummers法产生废液都含有Mn²⁺、Fe³⁺、SO₄ ^2-、K⁺、NO₃ ^-和Cl^—等。

在本发明的另一个示例性实施例中，如图2所示，氧化石墨烯废液处理系统可包括：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。

综上所述，本发明的氧化石墨烯生产废水处理系统的优点有：(1)系统能够利用活性炭车间的废液，通过调节pH值，高效除去了Fe³⁺，Mn²⁺等重金属离子；(2)系统中可通过加入沉淀剂来高效除去了SO₄ ^2-和CO₃ ^2-，同时利用重结晶回收利用了KNO₃和KCl；(3)以废治废(利用活性炭生产的工业废液)，节约了成本；(4)装置简便，易于操作。

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 (10)

1.一种氧化石墨烯废液的处理系统，其特征在于，氧化石墨烯废液包含NO₃ ^-和Cl^-中的至少一种以及K⁺、Mn²⁺、Fe³⁺和SO₄ ^2-，所述处理系统包括氧化石墨烯废液排出单元、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，

所述氧化石墨烯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氧化石墨烯废液；

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；

所述第一沉淀单元能够使所述活性炭生产废液与氧化石墨烯废液混合，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。

2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯废液的处理系统，其特征在于，所述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。

3.根据权利要求2所述的氧化石墨烯废液的处理系统，其特征在于，所述净化单元包括活性炭吸附池。

4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯废液的处理系统，其特征在于，在所述第二中间溶液包括KNO₃和KCl的情况下，所述分离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。

5.根据权利要求4所述的氧化石墨烯废液的处理系统，其特征在于，所述分离单元包括反渗透设备和重结晶设备。

6.根据权利要求1所述的氧化石墨烯废液的处理系统，其特征在于，在所述第二中间溶液包括KNO₃或KCl的情况下，所述分离单元包括蒸馏设备，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。

7.根据权利要求1所述的氧化石墨烯废液的处理系统，其特征在于，所述第一沉淀单元包括第一罐体、第一进料口、第一出料口、第一隔板和第一过滤板，其中，

所述第一隔板、第一过滤板沿第一罐体的横截面设置在第一罐体内，以将第一罐体分隔为上下依次分布的第一沉淀区、第一过滤区和第一收集区，所述第一隔板上设置有能够将第一沉淀区和第一过滤区连通的第一可开合部件、第一过滤板能够实现固液分离；

所述第一进料口设置在第一罐体的上部并与第一沉淀区连通，第一进料口还与所述氧化石墨烯废液排出单元、活性炭废液排出单元连接，能够使所述活性炭生产废液与氧化石墨烯废液进入所述第一沉淀区；

所述第一出料口设置在第一罐体的下部并与第一收集区连通，以排除第一收集区内的第一中间溶液。

8.根据权利要求7所述的氧化石墨烯废液的处理系统，其特征在于，所述第一沉淀单元还包括设置在第一沉淀区内的第一搅拌机构，所述第一搅拌机构能够使所述活性炭生产废液与氧化石墨烯废液充分混匀。

9.根据权利要求1所述的氧化石墨烯废液的处理系统，其特征在于，所述第二沉淀单元包括第二罐体、第二进料口、第二出料口、第二隔板和第二过滤板，其中，

所述第二隔板、第二过滤板沿第二罐体的横截面设置在罐体内，以将第二罐体分隔为上下依次分布的第二沉淀区、第二过滤区和第二收集区，所述第二隔板上设置有能够将第二沉淀区和第二过滤区连通的第二可开合部件，所述第二过滤板能够实现固液分离；

所述第二进料口设置在第二罐体的上部并与第二沉淀区连通，以使所述第一中间溶液与所述沉淀剂进入第二沉淀区；

所述第二出料口设置在第二罐体的下部并与第二收集区连通，以排除第二收集区内的第二中间溶液。

10.根据权利要求9所述的氧化石墨烯废液的处理系统，其特征在于，所述第二沉淀单元还包括设置在第二沉淀区内的第二搅拌机构，所述第二搅拌机构能够使所述第一中间溶液与沉淀剂充分混匀。

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