CN112079418A - 一种剥离液废液的电化学除水方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种剥离液废液的电化学除水方法及系统，属于电子制造业废水回收利用技术领域。该方法中剥离液废液经进液口进入电化学除水系统内部后流经金属阳极、空气阴极和绝缘隔膜，反应过程中消耗阳极金属和剥离液废液中的水，同时形成沉淀状态的反应物，实现物质分离的同时达到除水的目的。本发明使用电化学反应的方法，克服了现有技术中能耗高的缺点，使水参与电极反应，消耗废液中的水，不仅零能耗，还有电能产生，而且还复产高纯度的精细化工产品。

Description

一种剥离液废液的电化学除水方法及系统
技术领域
本发明属于电子制造业废水回收利用技术领域，具体涉及一种剥离液废液的电化学除水方法及系统。
背景技术
近几年国内电子制造产业发展迅速，剥离液等电子化学品的使用量也大大增加。通常在液晶显示面板、半导体集成电路等工艺制造过程中，需要用剥离液将涂覆在微电路保护区域上作为掩膜的光刻胶除去。通常使用的剥离液主要包括有机胺和极性有机溶剂的混合物，并含有以少量水为代表的轻组分。
在剥离液应用过程中产生大量剥离液废液，该废液中除了含有少量高分子树脂和水之外，大部分是具有利用价值的有机组分。目前的电子行业处理液存在危废排放和成本问题。危废回收利用技术主要采用精馏工艺，能耗较高且对于近沸和共沸物无能为力。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题在于提供一种剥离液废液的电化学除水系统，该电化学除水系统结构简单，相比于现有技术中的除水系统(热法精馏分离系统)，设备投入成本大大下降。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种剥离液废液的电化学除水方法，使用电化学反应的方法，克服了现有技术中能耗高的缺点，使水参与电极反应，消耗含水废液中的水，不仅零能耗，还有电能产生，而且还复产高纯度的精细化工产品。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种剥离液废液的电化学除水方法，剥离液废液经外壳进液口进入电化学除水系统内部后流经金属阳极、空气阴极和绝缘隔膜，反应过程中消耗阳极金属和剥离液废液中的水，同时形成沉淀状态的反应物，实现物质分离的同时达到除水的目的。包括以下步骤：
(1)金属阳极和空气阴极分别与外部电源连通，含水的剥离液废液经进液口进入电化学除水系统内部，并同时与金属阳极、空气阴极和透过空气阴极的气体相接触，并发生反应；维持电化学除水系统的电解液在反应温度范围内；
(3)金属阳极产生的金属离子与剥离液废液中的成分形成沉淀物固体，从而与废液主体相分离；反应结束后沉淀物固体经过滤分离收集，处理后的液体经出液口流入成品储液罐，完成除水工作。
所述的剥离液废液的电化学除水方法，所述剥离液废液中加入添加剂，所述添加剂为醚类、胺类、醇类或离子液体中一种或多种物质的混合物；所述离子液体为烷基季铵离子液体、烷基季鏻离子液体、二烷基取代咪唑离子液体或烷基取代吡啶离子液体；所述添加剂的用量为剥离液废液质量的0.1％-50％。
所述的剥离液废液的电化学除水方法，反应过程中外部电源电流为10mA/cm2～1A/cm2。
所述的剥离液废液的电化学除水方法，所述反应温度为20-180℃。
所述的剥离液废液的电化学除水方法，所述金属阳极电极为镁、铝、锌、铁、铅或锡中的一种或多种金属的合金。
所述的剥离液废液的电化学除水方法，所述空气阴极电极为多孔结构空气阴极，使空气、氧气或臭氧等一种或多种气体的组合气体通过，并阻止水的透过。
所述的剥离液废液的电化学除水方法，所述绝缘隔膜为多孔结构膜或选择透过性膜，材质为PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PPS(聚苯硫醚树脂)、PES(聚醚砜树脂)、热固性环氧树脂或酚醛树脂中的任一种；所述绝缘隔膜与剥离液废液化学相容；绝缘隔膜允许液体通过。
一种剥离液废液的电化学除水系统，包括外部电源、电池组件、废液储罐和成品储罐；所述电池组件包括电化学反应槽外壳、空气阴极、金属阳极和绝缘隔膜，电化学反应槽外壳内填充有电解液，所述电解液为剥离液废液；所述金属阳极和空气阴极之间设有绝缘隔膜；所述金属阳极和空气阴极均与外部电源连接；所述电化学反应槽外壳上设有废液进口和出液口，所述废液进口与废液储罐管道连接，所述出液口与成品储罐管道连接。
所述剥离液废液的电化学除水系统，所述电化学除水系统内设有折流板，用以增加进液口到出液口之间液体的流程，使反应进行的更加充分，提高除水效率。
有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：
(1)本发明采用电化学反应的方法，克服了现有技术中能耗高的缺点，消耗剥离液废液中的水参与电极反应。该方法不仅零能耗，还有电能产生，可用于驱动系统内部的泵阀或冷却系统用电消耗，实现能量自给，可远离电网作为分布式水处理装置独立运行。
(2)本发明的电化学除水系统产生的固体沉淀物为高纯度的精细化工产品单晶态金属水合物，纯度达到99.99％。该精细化工产品为镁、铝、锌、铁、铅、锡等金属的氢氧化物或氧化物；反应方程式如下：
阳极反应：M+nOH-→M(OH)n+ne-；
阴极反应：O2+4e-+2H2O＝4OH-；
电池反应：4/nM+O2+2H2O＝4/nM(OH)n。
固体沉淀物易于与液体产物分离，也避免了二次污染；解决了精馏技术中共沸、近沸混合物的分离难题，适用于处理有机含水废液，同时更新废液成分，实现废液回收。
(3)本发明电化学除水系统结构简单，相比于现有技术中除水系统，设备投入成本大大下降。
附图说明
图1为剥离液废液的电化学除水系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
一种剥离液废液的电化学除水系统，结构如图1所示。由图1可知，该系统包括外部电源、电池组件、废液储罐和成品储罐；电池组件包括电化学反应槽外壳1、空气阴极2、金属阳极3和绝缘隔膜4；金属阳极3和空气阴极2之间设有绝缘隔膜4，绝缘隔膜为选择透过性膜，绝缘隔膜的材质热固性环氧树脂，绝缘隔膜与剥离液废液化学相容。
电化学反应槽外壳1内填充有电解液，电解液为待处理的剥离液废液；金属阳极3和空气阴极2均与外部电源5连接；电化学反应槽外壳1上设有废液进口6和出液口，废液进口6与废液储罐管道连接，出液口与成品储罐7管道连接。该系统还设有冷却循环装置，冷却循环装置为管翅式、喷淋式或板式，采用冷却水或风冷的方式散热，并以反应温度反馈调节冷却水或冷却空气的流量控温；电池组件、储液罐和冷却循环装置之间采用金属或者塑料管路连接。电化学除水系统内部设有折流板，用以增加进液口到出液口之间液体的流程，使反应进行的更加充分，提高除水效率。
采用以上电化学除水系统进行剥离液废液除水，剥离液废液经进液口进入电化学除水系统内部后流经金属阳极、空气阴极和绝缘隔膜，反应过程中消耗阳极金属和剥离液废液中的水，同时形成沉淀状态的反应物，实现物质分离的同时达到除水的目的。具体包括以下步骤：
(1)金属阳极和空气阴极分别与外部电源连通，含水的剥离液废液(Thinner100％稀释液废液成分如表1所示)经外壳进液口进入电化学除水系统内部，并同时与金属阳极、空气阴极和透过空气阴极的气体接触；剥离液废液中加入防止阳极金属形成钝化膜的添加剂二烷基取代咪唑离子液体，添加剂的用量为剥离液废液质量的20％；
(2)开启冷却循环装置，维持电化学除水系统内的电解液在反应温度为25℃；
(3)金属阳极和空气阴极分别与外部电源连通，外部电源电流为700mA/cm2；金属阳极的反应产物离子与剥离液废液中的成分形成沉淀物固体，从而与剥离液废液主体相分离；反应结束后沉淀物固体经真空抽滤排出，作为精细化工产品出售；经过处理后的液体经出液口流入成品储液罐，完成除水工作。由表1可知，经过电化学除水系统处理之后，剥离液中含水量大大降低，含水量≤4000ppm，满足产品要求(含水量<1％)。同时，获得的氧化铝水合物的杂质金属离子的含量为0.003％，阳极金属转化率42％。
实施例2
采用实施例1中的电化学除水系统进行剥离液废液除水，剥离液废液经进液口进入电化学除水系统内部后流经金属阳极、空气阴极和绝缘隔膜，反应过程中消耗阳极金属和剥离液废液中的水，同时形成沉淀状态的反应物，实现物质分离的同时达到除水的目的。具体包括以下步骤：
(1)金属阳极和空气阴极分别与外部电源连通，含水的剥离液废液(Thinner100％稀释液废液成分如表1所示)经外壳进液口进入电化学除水系统内部，并同时与金属阳极、空气阴极和透过空气阴极的气体接触；剥离液废液中加入防止阳极金属形成钝化膜的烷基季铵离子液体，添加剂的用量为剥离液废液质量的10％。；
(2)开启冷却循环装置，维持电化学除水系统内的电解液在反应温度为90℃；
(3)外部电源电流为300mA/cm2；金属阳极的反应产物离子与剥离液废液中的成分形成沉淀物固体，从而与剥离液废液主体相分离；反应结束后沉淀物固体经真空抽滤排出，作为精细化工产品出售；经过处理后的液体经出液口流入成品储液罐，完成除水工作。由表1可知，经过电化学除水系统处理之后，剥离液中含水量大大降低，含水量≤8000ppm，满足产品要求(含水量<1％)。同时，获得的氧化铝水合物的杂质金属离子的含量为0.005％，阳极金属转化率33％。
表1 Thinner 100％稀释液废液成分
Figure BDA0002596003040000041

Claims (10)

1.一种剥离液废液的电化学除水方法，其特征在于，剥离液废液经进液口进入电化学除水系统内部后流经金属阳极、空气阴极和绝缘隔膜，反应过程中消耗阳极金属和剥离液废液中的水，同时形成沉淀状态的反应物，实现物质分离的同时达到除水的目的。
2.根据权利要求1所述的剥离液废液的电化学除水方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)金属阳极和空气阴极分别与外部电源连通，含水的剥离液废液经进液口进入电化学除水系统内部，并同时与金属阳极、空气阴极和透过空气阴极的气体接触，并发生反应；维持电化学除水系统内的电解液在反应温度范围内；
(2)金属阳极产生的金属离子与剥离液废液中的成分形成沉淀物固体，从而与剥离液废液主体相分离；反应结束后沉淀物固体经过滤分离收集，处理后的液体经出液口流入成品储罐，完成除水工作。
3.根据权利要求1或2所述的剥离液废液的电化学除水方法，其特征在于，所述剥离液废液中加入添加剂，所述添加剂为醚类、胺类、醇类或离子液体中一种或多种物质的混合物；所述离子液体为烷基季铵离子液体、烷基季鏻离子液体、二烷基取代咪唑离子液体或烷基取代吡啶离子液体；所述添加剂的用量为剥离液废液质量的0.1％-50％。
4.根据权利要求1或2所述的剥离液废液的电化学除水方法，其特征在于，反应过程中外部电源电流为10mA/cm2-1A/cm2。
5.根据权利要求1或2所述的剥离液废液的电化学除水方法，其特征在于，所述反应温度为20-180℃。
6.根据权利要求1或2所述的剥离液废液的电化学除水方法，其特征在于，所述金属阳极电极为镁、铝、锌、铁、铅或锡中的一种或多种金属的合金。
7.根据权利要求1或2所述的剥离液废液的电化学除水方法，其特征在于，所述空气阴极电极为多孔结构空气阴极，使空气、氧气或臭氧中的一种或多种气体的组合气体通过，并阻止水的透过。
8.根据权利要求1或2所述的剥离液废液的电化学除水方法，其特征在于，所述绝缘隔膜为多孔结构膜或选择透过性膜，材质为PP、PE、PPS、PES、热固性环氧树脂或酚醛树脂中的任一种；所述绝缘隔膜与剥离液废液化学相容。
9.一种剥离液废液的电化学除水系统，其特征在于，包括外部电源、电池组件、废液储罐和成品储罐；所述电池组件包括电化学反应槽外壳(1)、空气阴极(2)、金属阳极(3)和绝缘隔膜(4)，电化学反应槽外壳(1)内填充有电解液，所述电解液为剥离液废液；所述金属阳极(3)和空气阴极(2)之间设有绝缘隔膜(4)；所述金属阳极(3)和空气阴极(2)均与外部电源(5)连接；所述电化学反应槽外壳(1)上设有废液进口(6)和出液口，所述废液进口(6)与废液储罐管道连接，所述出液口与成品储罐(7)管道连接。
10.根据权利要求9所述剥离液废液的电化学除水系统，其特征在于，所述电化学除水系统内设有折流板。
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