CN111547829B - 一种四氯化硅污染物资源化利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环保领域，具体关于一种四氯化硅污染物资源化利用方法；本发明提供了一种针对一种四氯化硅污染物变废为宝，资源化利用的新方法；本方法由四氯化硅废弃物在酸性条件下水转化成的聚硅酸，然后与一种含恶唑啉基壳聚糖材料偶联改性的金属盐絮凝剂反应，组成一种聚硅酸盐复合絮凝剂；本发明的聚硅酸盐复合絮凝剂中聚硅酸在体系中作为助凝剂，可以有效地处理低温污染物和低浊度的污染物，促进大颗粒沉淀物的形成，絮凝剂具有优良的除浊性能；本方法用污染物制备絮凝剂，是一种变废为宝，大大节约资源的发明创造，非常具有实际价值和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，尤其是一种四氯化硅污染物资源化利用方法。
背景技术
目前多晶硅生产工艺主要为改良西门子法和硅烷法，以这种方法每生产1t多晶硅就会排放10～15t四氯化硅污染物，四氯化硅是无色透明的有毒液体，具有刺鼻的窒息性气味，对人体小气道功能、神经系统、血液系统、消化系统均有严重损害。所以直接排放将会造成很大的污染。
CN209333491U提供了一种用于四氯化硅洗净塔废气进口装置，设洗净塔和推渣杆，洗净塔左下侧连接以15-30º倾斜方式插入的四氯化硅废气入口管，四氯化硅废气入口管外上层连接四氯化硅废气管、脉冲清洗装置、左端连接清理装置支管，清理装置支管连接支管盲板；打开四氯化硅四氯化硅废气管线入口阀门，95％以上四氯化硅废气密度比空气大而进入洗净塔进行中和；打开脉冲清洗装置阀门，以氮气对四氯化硅废气入口管进行吹扫，吹扫时间持续5秒，可将废气入口管的微量残留吹扫冲洗干净；如大量废气排入废气管道，或者脉冲清洗装置无法工作，作业人员可以用推渣杆进行手动清理；该技术的有益效果是：提高设备使用效率，降低对人身以及环境的危害。
CN101376078A提供的一种回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法，所述尾气主要包括氢气、氯化氢、和二氯二氢硅，包括以下步骤：使尾气通过液态的四氯化硅，以便氯化氢和二氯二氢硅溶解于液态的四氯化硅中，从而将氢气与氯化氢和二氯二氢硅分离，由此回收氢气；对溶解了氯化氢和二氯二氢硅的四氯化硅升温和/或加压，使氯化氢和二氯二氢硅从液态四氯化硅中解吸出来；和通过控制解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅的压力和/或温度使二氯二氢硅变为液态而氯化氢保持为气态，从而分离并分别回收氯化氢与二氯二氢硅。该发明采用四氯化硅干法处理和回收尾气，并可再用于多晶硅生产中，原料得到充分的利用，减少了污染物，解决了环境污染问题，降低了成本。
四氯化硅污染物污染大、毒性强，目前主要方法是变成废水后通过混凝法、絮凝法、阻垢法等处理，但是由于絮凝剂的大量使用，处理成本较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种四氯化硅污染物资源化利用方法。
一种四氯化硅污染物资源化利用方法，是将四氯化硅污染物制成一种聚硅酸盐复合絮凝剂，其具体制备方案如下：按照质量份数，在耐酸反应釜中加入35-52份的金属盐和0.8-3.4份的偶联剂，混合均匀后控温120-150℃，反应15-30min，然后加入8-13份的改性壳聚糖材料，继续保温反应2-7h；然后在混合釜中加入1000-1500份的水，加入无机酸调节pH值为1-3，搅拌均匀后将80-150份的四氯化硅污染物在60-120min内缓慢加入到混合釜中，加入完毕后搅拌混合20-30min，然后加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温80-110℃，反应5-8h，完成后即可得到所述的聚硅酸盐复合絮凝剂。
所述的聚硅酸盐复合絮凝剂采用甲基丙烯酰基壳聚糖作为原料；
所述的聚硅酸盐复合絮凝剂采用巯基丙基硅烷作为原料；
所述的聚硅酸盐复合絮凝剂采用2-乙烯基-2-恶唑啉作为原料；
所述的改性壳聚糖材料为一种含恶唑啉基壳聚糖材料，其制备方法如下：
按照质量份数，在搅拌容器中加入300-450份的磷酸钠水溶液，其质量份数为5%-10%，然后加入加入30-50份的壳聚糖，控温60-70℃，搅拌混合30-60min，混合均匀后加入100-300份的甲基丙烯酸酐，控温70-95℃，反应10-15h，得到甲基丙烯酰基壳聚糖溶液。
其部分反应示意为：
在搅拌容器中，继续加入6.8-10.5份的巯基丙基硅烷、0.8-3.5份的5%-10%的氯铂酸的正丁醇溶液，搅拌30-60min后加热至70-90℃，搅拌反应30-90min，然后加入4.3-8.6份的2-乙烯基-2-恶唑啉，70-90℃搅拌反应60-120min，完成后降温到室温，将反应液导入400-500份的丙酮中沉析，搅拌下沉析，继续搅拌30-60min后过滤，丙酮洗涤后即可得到所述的一种含恶唑啉基壳聚糖材料。
所述甲基丙烯酰基壳聚糖，巯基丙基硅烷，2-乙烯基-2-恶唑啉的部分反应示意为：
所述的金属盐是氯化铁或氯化铝或硫酸铁。
所述的无机酸为硫酸或盐酸。
所述的偶联剂为甲基-三仲丁氨基硅烷或氰丙基二甲基二甲氨基硅烷或3-氰丙基二异丙基二甲基氨基硅烷。
所述的耐酸反应釜为搪瓷反应釜或内衬聚四氟乙烯反应釜或陶瓷反应釜。
本发明的一种四氯化硅污染物资源化利用方法，本发明提供了一种针对一种四氯化硅污染物变废为宝，资源化利用的新方法；本方法由四氯化硅废弃物在酸性条件下水转化成的聚硅酸，然后与一种含恶唑啉基壳聚糖材料偶联改性的金属盐絮凝剂反应，组成一种聚硅酸盐复合絮凝剂；本发明的聚硅酸盐复合絮凝剂中聚硅酸在体系中作为助凝剂，可以有效地处理低温污染物和低浊度的污染物，促进大颗粒沉淀物的形成，絮凝剂具有优良的除浊性能；本方法用污染物制备絮凝剂，是一种变废为宝，大大节约资源的发明创造，非常具有实际价值和社会效益。
附图说明
图1为实施例2所制备的含恶唑啉基壳聚糖材料样品的傅里叶红外光谱图。
在1732cm-1附近存在酯羰基的伸缩吸收峰，在1050cm-1附近存在酯碳氧的对称伸缩吸收峰，在2946cm-1附近存在碳氢的伸缩吸收峰，说明甲基丙烯酸酐参与了反应；在1184cm-1附近存在醚的碳氧的反对称伸缩吸收峰，说明壳聚糖参与了反应；在2553cm-1附近存在硫氢的伸缩吸收峰，在731cm-1附近存在硅碳的伸缩吸收峰，说明巯基丙基硅烷参与了反应；在1652cm-1附近存在碳氮双键的吸收峰，在973cm-1附近存在碳氮单键的吸收峰，说明2-乙烯基-2-恶唑啉参与了反应；2147cm-1附近无明显的硅氢吸收峰，说明巯基丙基硅烷的硅氢键断裂，和双键发生了硅氢加成，2-乙烯基-2-恶唑啉和甲基丙烯酸酐通过巯基丙基硅烷的硅氢加成反应连接到了一起，甲基丙烯酸酐通过壳聚糖的羟基反应互相连接，最终得到了一种含恶唑啉基壳聚糖材料。
具体实施方式
下面通过具体实施例对该发明作进一步说明：
本实验制备的絮凝剂的絮凝效果评价方法是配置50mg/L高岭土水样，然后向100ml的水样中投放絮凝剂，絮凝剂投放量为3.5g，混合均匀后沉淀4h，然后利用Z22E型可见分光光度计分别测定水样在550nm处的吸光度。水样的吸光度与水中高岭土的浓度呈现正比例关系；50mg/L高岭土水样在550nm处的吸光度为0.068。
实施例1
一种四氯化硅污染物资源化利用方法，是将四氯化硅污染物制成一种聚硅酸盐复合絮凝剂，其具体制备方案如下：在耐酸反应釜中加入35g金属盐和0.8g偶联剂，混合均匀后控温120℃，反应15min，然后加入8g改性壳聚糖材料，继续保温反应2h；然后在混合釜中加入1000g水，加入无机酸调节pH值为1，搅拌均匀后将80g四氯化硅污染物在60min内缓慢加入到混合釜中，加入完毕后搅拌混合20min，然后加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温80℃，反应5h，完成后即可得到所述的聚硅酸盐复合絮凝剂。
所述的改性壳聚糖材料为一种含恶唑啉基壳聚糖材料，其制备方法如下：
在搅拌容器中加入300g的磷酸钠水溶液，其质量g数为5%，然后加入加入30g的壳聚糖，控温60℃，搅拌混合30min，混合均匀后加入100g的甲基丙烯酸酐，控温70℃，反应10h，得到甲基丙烯酰基壳聚糖溶液。
在搅拌容器中，继续加入6.8g的巯基丙基硅烷、0.8g的5%的氯铂酸的正丁醇溶液，搅拌30min后加热至70℃，搅拌反应30min，然后加入4.3g的2-乙烯基-2-恶唑啉，70℃搅拌反应60min，完成后降温到室温，将反应液导入400g的丙酮中沉析，搅拌下沉析，继续搅拌30min后过滤，丙酮洗涤后即可得到所述的一种含恶唑啉基壳聚糖材料。
所述的金属盐是氯化铁。
所述的无机酸为硫酸。
所述的偶联剂为甲基-三仲丁氨基硅烷。
所述的耐酸反应釜为搪瓷反应釜。
使用本实验制备的絮凝剂处理的水样吸光度为0.006，去除效果可达91.18%。
实施例2
一种四氯化硅污染物资源化利用方法，是将四氯化硅污染物制成一种聚硅酸盐复合絮凝剂，其具体制备方案如下：在耐酸反应釜中加入42g金属盐和1.8g偶联剂，混合均匀后控温130℃，反应20min，然后加入9g改性壳聚糖材料，继续保温反应5h；然后在混合釜中加入1300g水，加入无机酸调节pH值为2，搅拌均匀后将120g四氯化硅污染物在90min内缓慢加入到混合釜中，加入完毕后搅拌混合25min，然后加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温95℃，反应6h，完成后即可得到所述的聚硅酸盐复合絮凝剂。
所述的改性壳聚糖材料为一种含恶唑啉基壳聚糖材料，其制备方法如下：
在搅拌容器中加入350g的磷酸钠水溶液，其质量g数为7%，然后加入加入35g的壳聚糖，控温65℃，搅拌混合45min，混合均匀后加入150g的甲基丙烯酸酐，控温82℃，反应12h，得到甲基丙烯酰基壳聚糖溶液。
在搅拌容器中，继续加入8g的巯基丙基硅烷、1.5g的7%的氯铂酸的正丁醇溶液，搅拌40min后加热至75℃，搅拌反应70min，然后加入6.7g的2-乙烯基-2-恶唑啉，78℃搅拌反应80min，完成后降温到室温，将反应液导入420g的丙酮中沉析，搅拌下沉析，继续搅拌50min后过滤，丙酮洗涤后即可得到所述的一种含恶唑啉基壳聚糖材料。
所述的金属盐是氯化铝。
所述的无机酸为盐酸。
所述的偶联剂为甲氰丙基二甲基二甲氨基硅烷。
所述的耐酸反应釜为内衬聚四氟乙烯反应釜。
使用本实验制备的絮凝剂处理的水样吸光度为0.004，去除效果可达94.12%。
实施例3
一种四氯化硅污染物资源化利用方法，是将四氯化硅污染物制成一种聚硅酸盐复合絮凝剂，其具体制备方案如下：在耐酸反应釜中加入52g金属盐和3.4g偶联剂，混合均匀后控温150℃，反应30min，然后加入13g改性壳聚糖材料，继续保温反应7h；然后在混合釜中加入1500g水，加入无机酸调节pH值为3，搅拌均匀后将150g四氯化硅污染物在120min内缓慢加入到混合釜中，加入完毕后搅拌混合30min，然后加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温110℃，反应8h，完成后即可得到所述的聚硅酸盐复合絮凝剂。
所述的改性壳聚糖材料为一种含恶唑啉基壳聚糖材料，其制备方法如下：
在搅拌容器中加入450g的磷酸钠水溶液，其质量g数为10%，然后加入加入50g的壳聚糖，控温70℃，搅拌混合60min，混合均匀后加入300g的甲基丙烯酸酐，控温95℃，反应15h，得到甲基丙烯酰基壳聚糖溶液。
在搅拌容器中，继续加入10.5g的巯基丙基硅烷、3.5g的10%的氯铂酸的正丁醇溶液，搅拌60min后加热至90℃，搅拌反应90min，然后加入8.6g的2-乙烯基-2-恶唑啉， 90℃搅拌反应120min，完成后降温到室温，将反应液导入500g的丙酮中沉析，搅拌下沉析，继续搅拌60min后过滤，丙酮洗涤后即可得到所述的一种含恶唑啉基壳聚糖材料。
所述的金属盐是硫酸铁。
所述的无机酸为盐酸。
所述的偶联剂为3-氰丙基二异丙基二甲基氨基硅烷。
所述的耐酸反应釜为陶瓷反应釜。
使用本实验制备的絮凝剂处理的水样吸光度为0.001，去除效果可达98.53%。
对比例1
一种四氯化硅污染物资源化利用方法，是将四氯化硅污染物制成一种聚硅酸盐复合絮凝剂，其具体制备方案如下：在耐酸反应釜中加入35g金属盐和0.8g偶联剂，混合均匀后控温120℃，反应15min，然后加入8g改性壳聚糖材料，继续保温反应2h；然后在混合釜中加入1000g水，加入无机酸调节pH值为1，搅拌均匀后将80g四氯化硅污染物在60min内缓慢加入到混合釜中，加入完毕后搅拌混合20min，然后加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温80℃，反应5h，完成后即可得到所述的聚硅酸盐复合絮凝剂。
所述的金属盐是氯化铁。
所述的无机酸为硫酸。
所述的偶联剂为甲基-三仲丁氨基硅烷。
所述的耐酸反应釜为搪瓷反应釜。
使用本实验制备的絮凝剂处理的水样吸光度为0.041，去除效果可达66.12%。
对比例2
一种四氯化硅污染物资源化利用方法，是将四氯化硅污染物制成一种聚硅酸盐复合絮凝剂，其具体制备方案如下：在耐酸反应釜中加入35g金属盐和0.8g偶联剂，混合均匀后控温120℃，反应15min，然后加入8g改性壳聚糖材料，继续保温反应2h；然后在混合釜中加入1000g水，加入无机酸调节pH值为1，搅拌均匀后将80g四氯化硅污染物在60min内缓慢加入到混合釜中，加入完毕后搅拌混合20min，然后加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温80℃，反应5h，完成后即可得到所述的聚硅酸盐复合絮凝剂。
所述的改性壳聚糖材料为一种含恶唑啉基壳聚糖材料，其制备方法如下：
在搅拌容器中加入300g的磷酸钠水溶液，其质量g数为5%，然后加入加入30g的壳聚糖，控温60℃，搅拌混合30min，混合均匀后加入100g的甲基丙烯酸酐，控温70℃，反应10h，得到甲基丙烯酰基壳聚糖溶液。
在搅拌容器中，继续加入0.8g的5%的氯铂酸的正丁醇溶液，搅拌30min后加热至70℃，搅拌反应30min，然后加入4.3g的2-乙烯基-2-恶唑啉，70℃搅拌反应60min，完成后降温到室温，将反应液导入400g的丙酮中沉析，搅拌下沉析，继续搅拌30min后过滤，丙酮洗涤后即可得到所述的一种含恶唑啉基壳聚糖材料。
所述的金属盐是氯化铁。
所述的无机酸为硫酸。
所述的偶联剂为甲基-三仲丁氨基硅烷。
所述的耐酸反应釜为搪瓷反应釜。
使用本实验制备的絮凝剂处理的水样吸光度为0.031，去除效果可达79.59%。
对比例3
一种四氯化硅污染物资源化利用方法，是将四氯化硅污染物制成一种聚硅酸盐复合絮凝剂，其具体制备方案如下：在耐酸反应釜中加入35g金属盐和0.8g偶联剂，混合均匀后控温120℃，反应15min，然后加入8g改性壳聚糖材料，继续保温反应2h；然后在混合釜中加入1000g水，加入无机酸调节pH值为1，搅拌均匀后将80g四氯化硅污染物在60min内缓慢加入到混合釜中，加入完毕后搅拌混合20min，然后加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温80℃，反应5h，完成后即可得到所述的聚硅酸盐复合絮凝剂。
所述的改性壳聚糖材料为一种含恶唑啉基壳聚糖材料，其制备方法如下：
在搅拌容器中加入300g的磷酸钠水溶液，其质量g数为5%，然后加入加入30g的壳聚糖，控温60℃，搅拌混合30min，混合均匀后加入100g的甲基丙烯酸酐，控温70℃，反应10h，得到甲基丙烯酰基壳聚糖溶液。
在搅拌容器中，继续加入6.8g的巯基丙基硅烷、0.8g的5%的氯铂酸的正丁醇溶液，搅拌30min后加热至70℃，搅拌反应30min，然后加入70℃搅拌反应60min，完成后降温到室温，将反应液导入400g的丙酮中沉析，搅拌下沉析，继续搅拌30min后过滤，丙酮洗涤后即可得到所述的一种含恶唑啉基壳聚糖材料。
所述的金属盐是氯化铁。
所述的无机酸为硫酸。
所述的偶联剂为甲基-三仲丁氨基硅烷。
所述的耐酸反应釜为搪瓷反应釜。
使用本实验制备的絮凝剂处理的水样吸光度为0.017，去除效果可达80.88%。
Claims (5)
1.一种四氯化硅污染物资源化利用方法，是将四氯化硅污染物制成一种聚硅酸盐复合絮凝剂，其具体制备方案如下：按照质量份数，在耐酸反应釜中加入35-52份的金属盐和0.8-3.4份的偶联剂，混合均匀后控温120-150℃，反应15-30min，然后加入8-13份的改性壳聚糖材料，继续保温反应2-7h；然后在混合釜中加入1000-1500份的水，加入无机酸调节pH值为1-3，搅拌均匀后将80-150份的四氯化硅污染物在60-120min内缓慢加入到混合釜中，加入完毕后搅拌混合20-30min，然后加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温80-110℃，反应5-8h，完成后即可得到所述的聚硅酸盐复合絮凝剂；
所述的改性壳聚糖材料为一种含恶唑啉基壳聚糖材料，其制备方法如下：
按照质量份数，在搅拌容器中加入300-450份的磷酸钠水溶液，其质量份数为5%-10%，然后加入加入30-50份的壳聚糖，控温60-70℃，搅拌混合30-60min，混合均匀后加入100-300份的甲基丙烯酸酐，控温70-95℃，反应10-15h，得到甲基丙烯酰基壳聚糖溶液；
在搅拌容器中，继续加入6.8-10.5份的巯基丙基硅烷、0.8-3.5份的5%-10%的氯铂酸的正丁醇溶液，搅拌30-60min后加热至70-90℃，搅拌反应30-90min，然后加入4.3-8.6份的2-乙烯基-2-恶唑啉，70-90℃搅拌反应60-120min，完成后降温到室温，将反应液导入400-500份的丙酮中沉析，搅拌下沉析，继续搅拌30-60min后过滤，丙酮洗涤后即可得到所述的一种含恶唑啉基壳聚糖材料。
2.根据权利要求1所述的一种四氯化硅污染物资源化利用方法，其特征在于：所述的金属盐是氯化铁或氯化铝或硫酸铁。
3.根据权利要求1所述的一种四氯化硅污染物资源化利用方法，其特征在于：所述的无机酸为硫酸或盐酸。
4.根据权利要求1所述的一种四氯化硅污染物资源化利用方法，其特征在于：所述的偶联剂为甲基-三仲丁氨基硅烷或氰丙基二甲基二甲氨基硅烷或3-氰丙基二异丙基二甲基氨基硅烷。
5.根据权利要求1所述的一种四氯化硅污染物资源化利用方法，其特征在于：所述的耐酸反应釜为搪瓷反应釜或内衬聚四氟乙烯反应釜或陶瓷反应釜。
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