CN113772847A - 一种处理含石墨烯浆料废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种处理含石墨烯浆料废水的方法，包括以下步骤：在含石墨烯浆料废水中加入碱液，调节含石墨烯浆料废水的pH值为7‑7.5；在搅拌状态下加入聚合剂，添加完成后，继续搅拌直至颗粒形成并分散均匀，得到混合液；所述聚合剂为聚合氯化铝；在混合液中边搅拌边加入絮凝剂，添加完成后，继续搅拌直至絮凝物和水出现分离趋势；所述絮凝剂为聚丙烯酰胺；待絮凝物和水出现分离趋势时，停止搅拌进行沉降；上层为废水层，下层为含石墨烯层，将上下层分别收集。本发明还提供含石墨烯浆料废水处理装置。应用本发明方法处理后，废水达标可以进行排放，石墨烯沉降物可成为固体作为一般固废进行收集处置，防止混合物再次形成导致处置的困难。
Description
技术领域
本发明涉及一种处理含石墨烯浆料废水的方法。
背景技术
石墨烯制品生产企业，在生产石墨烯的搅拌均质工序时，石墨烯浆料散失在车间里，用水清洗后，石墨烯浆料与清洗水混合，排放到废水收集系统中，则废水为水和石墨烯浆料的二元混合物，形成含石墨烯浆料废水。由于石墨烯水溶性、亲水性、比表面积等特性，在与水混合后，用常规办法很难分离，难以达到排放要求；含石墨烯废水与其他物料很容易结合，若在排放过程中与其他污染物结合，形成混合物，分离难度增大，环保排污达标排放就会更加困难。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种处理含石墨烯浆料废水的方法。本发明的方法能够使得石墨烯浆料和水的混合液得到有效分离，石墨烯成为一般固废回收处置，废水达到排放要求，作为常规废水排放。
为了实现本发明的目的，本发明提供的技术方案如下：
本发明提供一种处理含石墨烯浆料废水的方法，包括以下步骤：
S1，在含石墨烯浆料废水中加入碱液，调节含石墨烯浆料废水的pH值为7-7.5；
S2，在搅拌状态下加入聚合剂，添加完成后，继续搅拌直至颗粒形成并分散均匀，得到混合液；所述聚合剂为聚合氯化铝；
S3，在步骤S2的混合液中边搅拌边加入絮凝剂，添加完成后，继续搅拌直至絮凝物和水出现分离趋势；所述絮凝剂为聚丙烯酰胺；
S4，待絮凝物和水出现分离趋势时，停止搅拌进行沉降；上层为废水层，下层为含石墨烯层，将上下层分别收集。
作为优选，步骤S1中，所述碱液为氢氧化钠水溶液。
作为优选，步骤S2中，所述聚合剂的加入量为0.5-0.8kg/1000kg含石墨烯浆料废水。
作为进一步优选，步骤S2中，所述聚合剂的加入量为0.6kg/1000kg含石墨烯浆料废水。
作为优选，步骤S3中，所述絮凝剂的加入量为1.5-2.5kg/1000kg混合液。
作为进一步优选，步骤S3中，所述絮凝剂的加入量为1.5kg/1000kg混合液。
作为优选，步骤S2和S3中，所述搅拌时搅拌速率为35-40rpm。
作为优选，步骤S4中，收集所述下层时，先通过过滤装置。
本发明还提供含石墨烯浆料废水处理装置，所述装置包括废水处理容器2、废水收集容器3和石墨烯过滤装置4，带有搅拌装置5的废水处理容器2顶部设有废水加入口和进料口，在废水处理容器2的侧面和底部还分别设有开口，侧面开口与废水收集容器3管道连接，底部开口与石墨烯过滤装置4管道连接，在石墨烯过滤装置4下方管道连接有石墨烯收集容器6和废水收集容器3。
作为优选，泵11与所述废水加入口管道连接，含石墨烯废水先后通过泵11和废水加入口注入废水处理容器2中。
本发明首先使用聚合剂将结合紧密的石墨烯与水分散，然后将与水分散的石墨烯粒子进行絮凝，使其密度加大，从而从水中沉降。应用本发明方法处理后，废水达标可以进行排放，石墨烯沉降物可成为固体作为一般固废进行收集处置，防止混合物再次形成导致处置的困难。本发明处理过程采用的设备与水处理设备合二为一，无需增加设备，可实施性强。本发明探索了石墨烯与水分离的方法，为其他涉及石墨烯与水相应处置的工艺优化提供方法。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1含石墨烯浆料废水处理过程使用的装置连接关系示意图。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为市售。
本发明的处理含石墨烯浆料废水的方法步骤如下：
1、将计重后(以kg计)的含石墨烯浆料废水收集到有搅拌装置的容器内。
2、启动搅拌，将含石墨烯浆料废水混合均匀，测定pH值。
3、在搅拌速度为30-35rpm的情况下，加入氢氧化钠水溶液，调节含石墨烯浆料废水的pH值为7-7.5，其目的是为后续聚合剂、絮凝剂的使用提供一个适宜的效能发挥环境。pH值低于7或者高于7.5会超出了聚合剂、絮凝剂适宜的酸碱度环境，其效能发挥会打折扣。
氢氧化钠水溶液的作用为调节含石墨烯浆料废水的pH值，故对其浓度无具体要求，比如其重量百分比浓度可以10、15或20％。
4、在搅拌速率35-40rpm加入聚合剂，聚合剂的加入量为0.5-0.8kg/1000kg含石墨烯浆料废水。添加完成后，继续在上述搅拌速率范围内搅拌，为了操作简单，可以选择依旧保持原速率搅拌。注意观察混合液中颗粒形成情况，其方法为：取混合液，在玻璃烧杯中肉眼观察，看到团聚成团状颗粒，判定为聚合完成。此时石墨烯颗粒由于其特性，在水中的存在是稀松状的。
聚合剂为：聚合氯化铝(简称PAC)，又称为碱式氯化铝或羟基氯化铝。通过它或它的水解产物使分散在水中的小粒度物料快速聚集，形成便于分离的大颗粒沉淀物。
其特性如下：分子式：[Al2Cln(OH)6-n]m，pH值：3-9，盐基度：45-95，水不溶物：≤0.1。
保持搅拌速率在上述范围内，可以让聚合剂更好的分散聚合石墨烯。
对该聚合剂配方的优化实验过程有如下考量：
聚合氯化铝(简称PAC)聚合剂具有以下作用：
(1)压缩双电层
当两个胶粒互相接近时，由于扩散层厚度减小，ξ电位降低，因此它们互相排斥的力就减小了，也就是溶液中离子浓度高的胶间斥力比离子浓度低的要小。胶粒间的吸力不受水相组成的影响，但由于扩散减薄，它们相撞时的距离就减小了，这样相互间的吸力就大了。
(2)吸附架桥作用
聚合剂具有线性结构，它们具有能与胶粒表面某些部位起作用的化学基团，当高聚合物与胶粒接触时，基团能与胶粒表面产生特殊的反应而相互吸附，而高聚物分子的其余部分则伸展在溶液中，可以与另一个表面有空位的胶粒吸附，这样聚合物就起了架桥连接的作用。
基于聚合氯化铝(简称PAC)聚合剂以上的压缩双电层、以及吸附桥架的作用，考虑将其作为聚合剂，是考虑其在石墨烯浆料水溶液中，石墨烯的聚合较为适宜；同时在后道再次凝聚，能起到更为有效的效果。使用其他的聚合剂其分离含石墨烯水溶液的总体效果无此法明显。
表1为使用不同聚合剂的效果对比。
表1
本聚合剂为聚合氯化铝，因其在水中的特定机理使得石墨烯颗粒聚合，从水中分散出来。其用量需控制一定的值，添加过量，聚合氯化铝在水中与石墨烯颗粒形成的结构较为复杂，对颗粒聚合不利。用量过少，其聚合作用不明显，达不到预期的效果。
5、待颗粒形成并分散均匀后，得到混合液；继续在上述搅拌速率范围内搅拌，为了操作简单，可以选择依旧保持原速率搅拌，加入絮凝剂，絮凝剂的加入量为1.5-2.5kg/1000kg混合液，观察絮凝效果。
稀松状的石墨烯颗粒，不能从水中分离，只有将这些颗粒絮凝紧致成较大的石墨烯颗粒，同时其体积收缩，密度加大才能便于分离，故需要加入絮凝剂进行絮凝。
在本发明中，絮凝剂为聚丙烯酰胺(简称PAM)，聚丙烯酰胺是一种线状的有机高分子聚合物，同时也是一种高分子水处理絮凝剂产品，可以吸附水中的悬浮颗粒，在颗粒之间起链接架桥作用，使细颗粒形成比较大的絮团，并且加快了沉淀的速度。这一过程称之为絮凝，因其中良好的絮凝效果PAM作为水处理的絮凝剂并且被广泛用于污水处理。
中文名称：聚丙烯酰胺。
分子式：(C3H5NO)n；对其分子量无要求；性状：白色粉末状；溶解性：可溶于水。
选择聚丙烯酰胺(简称PAM)作为絮凝剂，是有如下因素的考量：
①絮凝性PAM能使悬浮物质通过电中和，起到絮凝作用。
②粘合性能通过机械的、物理的、化学的作用，起粘合作用。
③增稠性能有效地降低流体的摩擦阻力，在中性和酸性条件下都有增稠作用。
聚丙烯酰胺是重要的水溶性聚合物，而且兼具絮凝性、增稠性、耐剪切性、降阻性、分散性等宝贵性能。
正常情况下聚丙烯酰胺的使用效果会因使用量的增加絮凝效果而提高；同时絮凝时间变短，对絮凝效果的影响也是明显的。
絮凝剂的加入量过低则已经从水中分散出的石墨烯小颗粒难以絮凝成大颗粒，达不到预期的效果；加入量过高则用量过多时会使效果变低，重新变成稳定的胶体，不利于石墨烯颗粒的聚集。
6、待絮凝物和水出现分离趋势时，停止搅拌，使搅拌容器内含石墨烯浆料废水充分沉降。
7、沉降完成后，上层为废水层，下层为含石墨烯层。
8、上层废水收集到废水收集容器中，可排放。下层含石墨烯层，通过过滤装置，分离出石墨烯滤渣；过滤出的清水同样收集到废水收集容器中，可排放。
将处置后废水经第三方环保机构进行检测，相应指标达到排放要求(均数次测定取平均值)，具体检测结果见表2。
表2处置后废水检测结果与排放许可限值对照
收集的石墨烯滤渣经环保机构进行检测，确认为一般固废，可无害化排放处置。
如图1所示，本发明的含石墨烯浆料废水处理过程使用的装置，包括废水处理容器2、废水收集容器3和石墨烯过滤装置4，带有搅拌装置5的废水处理容器2顶部设有废水加入口和进料口(图中未标示)，泵11与废水加入口管道连接，含石墨烯废水先后通过泵11和废水加入口注入废水处理容器2中，pH调节剂(比如氢氧化钠水溶液)、分散剂和絮凝剂通过进料口加入废水处理容器2中，进料口可以设有多个，这样可以将各种原料通过不同的进料口加入；在废水处理容器2的侧面和底部还分别设有开口，侧面开口通过泵12与废水收集容器3管道连接，絮凝分离后的废水通过泵12收集到废水收集容器3中；底部开口通过泵13与石墨烯过滤装置4管道连接，絮凝分离后的石墨烯滤渣通过泵13传送到石墨烯过滤装置4中进行过滤，在石墨烯过滤装置4下方管道连接有石墨烯收集容器6和废水收集容器3，用于分别收集过滤后的石墨烯和废水。
实施例1
以常州富烯科技股份有限公司含石墨烯浆料废水处理为例，其含石墨烯浆料废水处置过程如下：
1、将含石墨烯浆料废水3000kg收集到有搅拌装置的容器内。
2、启动搅拌，将含石墨烯浆料废水混合均匀，测定pH值，pH值为6.2。
3、在不断搅拌的情况下，加入2400g重量百分比浓度为15％的氢氧化钠水溶液，调节含石墨烯浆料废水的pH值为7.5。
4、在搅拌速率40rpm下加入1.8kg的聚合氯化铝(简称PAC)，聚合剂添加完成后，继续保持原速率搅拌，注意观察混合液中颗粒形成情况。
所述聚合氯化铝的pH值：6.3，盐基度：67.3，水不溶物：0.08。
5、待颗粒形成并分散均匀后，继续保持原速率搅拌，加入4.5kg的聚丙烯酰胺(简称PAM)，观察絮凝效果。
6、待絮凝物和水出现分离趋势时，停止搅拌，使搅拌容器内含石墨烯浆料废水充分沉降。
7、沉降完成后，上层为废水层，下层为石墨烯料层。
8、上层废水收集到废水收集容器中，可排放。下层含石墨烯层，通过过滤装置，分离出石墨烯滤渣，编织袋包装，待处理；过滤出的清水同样收集到废水收集容器中，可排放。
将处置后废水经第三方环保机构进行检测，相应指标达到排放要求。具体见表3。
表3处置后废水检测结果与排放许可限值对照
将收集的石墨烯滤渣经环保机构进行检测，确认为一般固废，可无害化排放处置。
实施例2
本实施例的含石墨烯浆料废水处置过程如下：
1、将含石墨烯浆料废水2850kg收集到有搅拌装置的容器内。
2、启动搅拌，将含石墨烯浆料废水混合均匀，测定pH值，pH值为6.7。
3、在搅拌速度为35rpm的情况下，加入2200g重量百分比浓度为15％的氢氧化钠水溶液，调节含石墨烯浆料废水的pH值为7.3。
4、在搅拌速率40rpm下加入1.7kg的聚合氯化铝(简称PAC)，聚合剂添加完成后，继续保持原速率搅拌，注意观察混合液中颗粒形成情况。
所述聚合氯化铝的pH值：7.7，盐基度：59.7，水不溶物：0.07。
5、待颗粒形成并分散均匀后，继续保持原速率搅拌，加入4.25kg的聚丙烯酰胺(简称PAM)，观察絮凝效果。
6、待絮凝物和水出现分离趋势时，停止搅拌，使搅拌容器内含石墨烯浆料废水充分沉降。
7、沉降完成后，上层为废水层，下层为石墨烯料层。
8、上层废水收集到废水收集容器中，可排放。下层含石墨烯层，通过过滤装置，分离出石墨烯滤渣，编织袋包装，待处理；过滤出的清水同样收集到废水收集容器中，可排放。
将处置后废水经第三方环保机构进行检测，相应指标达到排放要求(数次测定取平均值)：pH：7.3；化学需氧量(mg/L)17.8；悬浮物(mg/L)16.9；总磷(mg/L)0.12；氨氮(NH3-N)(mg/L)0.24。
将收集的石墨烯滤渣经环保机构进行检测，确认为一般固废，可无害化排放处置。
实施例3
本实施例的含石墨烯浆料废水处置过程如下：
1、将含石墨烯浆料废水3200kg收集到有搅拌装置的容器内。
2、启动搅拌，将含石墨烯浆料废水混合均匀，测定pH值，pH值为6.4。
3、在搅拌速度为30rpm的情况下，加入2600g重量百分比浓度为15％的氢氧化钠水溶液，调节含石墨烯浆料废水的pH值为7.2。
4、在搅拌速率40rpm下加入1.92kg的聚合氯化铝(简称PAC)，聚合剂添加完成后，继续保持原速率搅拌，注意观察混合液中颗粒形成情况。
所述聚合氯化铝的pH值：4.4，盐基度：77.4，水不溶物：0.08。
5、待颗粒形成并分散均匀后，继续保持原速率搅拌，加入4.8kg的聚丙烯酰胺(简称PAM)，观察絮凝效果。
6、待絮凝物和水出现分离趋势时，停止搅拌，使搅拌容器内含石墨烯浆料废水充分沉降。
7、沉降完成后，上层为废水层，下层为石墨烯料层。
8、上层废水收集到废水收集容器中，可排放。下层含石墨烯层，通过过滤装置，分离出石墨烯滤渣，编织袋包装，待处理；过滤出的清水同样收集到废水收集容器中，可排放。
将处置后废水经第三方环保机构进行检测，相应指标达到排放要求(数次测定取平均值)：pH：7.2；化学需氧量(mg/L)19.3；悬浮物(mg/L)23.4；总磷(mg/L)0.16；氨氮(NH3-N)(mg/L)0.47。
将收集的石墨烯滤渣经环保机构进行检测，确认为一般固废，可无害化排放处置。
实施例4
本实施例的含石墨烯浆料废水的制备方法与实施例1的不同之处在于：聚合氯化铝的加入量为1.5kg，聚丙烯酰胺的加入量为2.0kg。其余均与实施例1相同。
将处置后废水经第三方环保机构进行检测，相应指标达到排放要求(数次测定取平均值)：pH：7.5；化学需氧量(mg/L)8.1；悬浮物(mg/L)23.4；总磷(mg/L)2.3；氨氮(NH3-N)(mg/L)8.7。
将收集的石墨烯滤渣经环保机构进行检测，确认为一般固废，可无害化排放处置。
与实施例1-3相比，本实施例的方法能够达到各项检测标准，但是在水和滤渣过滤作业过程较为困难，滤渣外观稀松，包装处置不方便。
实施例5
本实施例的含石墨烯浆料废水的制备方法与实施例1的不同之处在于：聚合氯化铝的加入量为2.4kg，聚丙烯酰胺的加入量为7.5kg。其余均与实施例1相同。
将处置后废水经第三方环保机构进行检测，相应指标达到排放要求(数次测定取平均值)：pH：7.1；化学需氧量(mg/L)7.6；悬浮物(mg/L)6.3；总磷(mg/L)0.07；氨氮(NH3-N)(mg/L)0.072。
将收集的石墨烯滤渣经环保机构进行检测，确认为一般固废，可无害化排放处置。
与实施例1-3相比，本实施例的方法能够达到各项检测标准，但是在水和滤渣过滤作业过程中，过滤泵容易堵塞，工艺进程收到一些影响。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种处理含石墨烯浆料废水的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1，在含石墨烯浆料废水中加入碱液，调节含石墨烯浆料废水的pH值为7-7.5；
S2，在搅拌状态下加入聚合剂，添加完成后，继续搅拌直至颗粒形成并分散均匀，得到混合液；所述聚合剂为聚合氯化铝；
S3，在步骤S2的混合液中边搅拌边加入絮凝剂，添加完成后，继续搅拌直至絮凝物和水出现分离趋势；所述絮凝剂为聚丙烯酰胺；
S4，待絮凝物和水出现分离趋势时，停止搅拌进行沉降；上层为废水层，下层为含石墨烯层，将上下层分别收集。
2.根据权利要求1所述的一种处理含石墨烯浆料废水的方法，其特征在于：步骤S1中，所述碱液为氢氧化钠水溶液。
3.根据权利要求1所述的一种处理含石墨烯浆料废水的方法，其特征在于：步骤S2中，所述聚合剂的加入量为0.5-0.8kg/1000kg含石墨烯浆料废水。
4.根据权利要求3所述的一种处理含石墨烯浆料废水的方法，其特征在于：步骤S2中，所述聚合剂的加入量为0.6kg/1000kg含石墨烯浆料废水。
5.根据权利要求1所述的一种处理含石墨烯浆料废水的方法，其特征在于：步骤S3中，所述絮凝剂的加入量为1.5-2.5kg/1000kg混合液。
6.根据权利要求5所述的一种处理含石墨烯浆料废水的方法，其特征在于：步骤S3中，所述絮凝剂的加入量为1.5kg/1000kg混合液。
7.根据权利要求1所述的一种处理含石墨烯浆料废水的方法，其特征在于：步骤S2和S3中，所述搅拌时搅拌速率为35-40rpm。
8.根据权利要求1所述的一种处理含石墨烯浆料废水的方法，其特征在于：步骤S4中，收集所述下层时，先通过过滤装置。
9.含石墨烯浆料废水处理装置，其特征在于：所述装置包括废水处理容器(2)、废水收集容器(3)和石墨烯过滤装置(4)，带有搅拌装置(5)的废水处理容器(2)顶部设有废水加入口和进料口，在废水处理容器(2)的侧面和底部还分别设有开口，侧面开口与废水收集容器(3)管道连接，底部开口与石墨烯过滤装置(4)管道连接，在石墨烯过滤装置(4)下方管道连接有石墨烯收集容器(6)和废水收集容器(3)。
10.根据权利要求9所述的含石墨烯浆料废水处理装置，其特征在于：泵(11)与所述废水加入口管道连接，含石墨烯废水先后通过泵(11)和废水加入口注入废水处理容器(2)中。
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| CN102153219A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-08-17 | 洛阳市冠奇工贸有限责任公司 | 纯化石墨后的废水处理方法 |
| CN105330060A (zh) * | 2015-11-05 | 2016-02-17 | 四川新能水处理工程有限公司 | 一种石墨烯废水处理和回用系统及其处理、回用工艺 |
| CN107055870A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-08-18 | 济宁璟华环保科技有限公司 | 一种紧凑型石墨烯清洗废水处理系统及其处理方法 |
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| CN107055870A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-08-18 | 济宁璟华环保科技有限公司 | 一种紧凑型石墨烯清洗废水处理系统及其处理方法 |
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