CN114394701A

CN114394701A - 一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置

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Publication number: CN114394701A
Application number: CN202210066897.2A
Authority: CN
Inventors: 詹志明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-01-20
Publication date: 2022-04-26

Abstract

本发明公开了一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置，包括吸附过滤装置、吸附装置、过滤装置和石墨烯液体回收装置，其特征在于：吸附过滤装置的内部设置有搅拌机、吸附填充物料和若干微孔，过滤装置连接在吸附过滤装置的底部，吸附过滤装置的侧面设置有吸附材料入口。本方法不仅解决墨烯废水处理问题，废酸和石墨烯回收重复利用，还可以降低成本，节约水资源，实现了低成本、低消耗、节能减排、资源回收利用的环境友好资源化“双碳”目标。

Description

一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置

技术领域

本发明涉及石墨烯废水领域，具体涉及一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置。

背景技术

石墨烯Graphene是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。

国内大部分企业制作石墨烯时，主要是以石墨粉为原料，采用常规氧化还原法的技术路线。该技术路线装置简单、易于流程化规模化，设备易于维护，且制备得到的石墨烯可通过简单的工艺沉积在任何基底上，易于组装，是目前最可能实现石墨烯大规模化制备的方法之一。

但是氧化还原法的生产过程中会使用硫酸，一般每生产一吨石墨烯，需要消耗40～50吨硫酸，产生待处理的废酸80～100吨膨胀石墨1吨需2吨硫酸，已经存在污染问题，稀释废酸需要120～150吨新鲜水，如果大量的废酸水处理不好，将会对土壤、地下水等造成严重污染。

这种路线的缺点是废酸处理的成本极高，国家规定，废酸必须交由有危废处理资质的公司处理，废酸处理费用400元/吨，由此测算每生产1吨石墨烯花在废酸处理上的费用就有32000元～40000元，这个费用是相当高的，石墨烯生产过程中三废处理成本占到总成本10％左右，1990年，美国经济学家托比将污染消减成本占生产总成本1.85％以上的产业归为污染密集型产业，可以想见10％的治污成本是有多恐怖。

从单位产品排污强度和水资源消耗强度角度看，氧化还原法有点类似钛白粉行业，采用传统硫酸法工艺，生产一吨钛白粉消耗新鲜水100至150吨，同时产生浓度为20％的废硫酸8吨、酸性废水100吨，钛白粉已经列入“高污染、高环境风险”产品名录。

因此，一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置成为整个社会亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置，包括吸附过滤装置、吸附装置、过滤装置和石墨烯液体回收装置，其特征在于：所述吸附过滤装置的内部设置有搅拌机、吸附填充物料和若干微孔，所述过滤装置连接在吸附过滤装置的底部，所述吸附过滤装置的侧面设置有吸附材料入口。

进一步地，所述过滤装置包括一级过滤器和二级过滤器，所述二级过滤器的底部设置有液体回收装置。

进一步地，所述过滤装置包括一级过滤结构、超声空化结构、光催化结构和半导体电离结构，所述一级过滤结构、超声空化结构、光催化结构和半导体电离结构由上至下依次设置。

进一步地，所述吸附过滤装置和吸附装置之间设置有吸附材料被括出口。

进一步地，所述吸附装置的顶部设置有烘干机构。

进一步地，所述吸附装置的外侧设置有过滤器，所述过滤器用于与石墨烯液体回收装置连接。

进一步地，所述一级过滤器为板框压滤机。

进一步地，所述二级过滤器上设置有若干过滤微孔，其范围为0.5μm。

进一步地，包括浓缩废水A和浓缩废水B，浓缩废水A的处理步骤如下：

(1)活性炭吸附过滤，不加一滴水、一滴药，直接将“废水A”注入容器装置，该装置主要吸附材料是活性炭或炭黑以及少量的活性氧化铝、硅藻土等，通过搅拌、循环负电荷微孔曝气，水力停留时间大约60分钟，溶液与活性炭等吸附物质充分接触，将废水中的石墨烯微粒以及盐类和微量金属等物质吸附在以活性炭为主的填料多级微孔里；再通过板框压滤机的一级过滤和精细微孔过滤器的二级过滤，得到的液体目视清澈透明，色度值小于30mg/L，液体是主要是25％的硫酸，可以回收利用；

(2)石墨烯回收，填料吸附的固体，不能成为固废，被吸附的固体中有较多的石墨烯，石墨烯占该浓缩废水的0.1％，根据石墨烯微粒在酸性环境集聚，在碱性环境分散的特征，再加适量的去离子水，通过调整PH值，浸出石墨烯微粒，该含有石墨烯的溶液可以回收利用。

进一步地，所述浓缩废水B的处理步骤如下：

(1)废水B处理调节池，通过对原废水B进行稀释3-4倍，调节PH＝4-5左右；

(2)光电声处理法，通过第一步骤的调节后，通过微电解、半导体强电离、光催化、超声空化等作用产生电化学反应，经絮凝、羟基自由基等作用，降解和分解矿化，将废水中的石墨烯沉淀于容器底部，处理后，液体从原酱色转化为目视清澈透明，色度值小于30mg/L，可以达标排放的废水；

(3)石墨烯回收，填料吸附的固体，不能成为固废，被吸附的固体中有较多的石墨烯(占该浓缩废水的0.01％)，根据石墨烯微粒在酸性环境集聚，在碱性环境分散的特征，再加适量的去离子水，通过调整PH值，浸出石墨烯微粒，该含有石墨烯的溶液可以回收利用。

进一步地，所述浓缩废水A包括活性炭为粉体200目，亚兰16左右，碘值1000左右，灰分6.5和水分9，其处理步骤中搅拌100R/min；曝气微孔100纳米，曝气量50L/min，一级过滤，滤布过滤精度5微米，二级过滤，滤布过滤精度1微米。

进一步地，所述浓缩废水B原液，用清水稀释3-4倍，调节PH值为4-5，其处理步骤中光电声处理约60min；曝气微孔100纳米，曝气量50L/min，一级过滤，滤布过滤精度5微米，二级过滤，滤布过滤精度1微米。

发明与现有技术相比的优点在于：1、采用物理法进行处理，不用添加药剂，避免二次污染的问题发生。

2、不加水，避免大量水资源的浪费，节能减排，不增加排污量。

3、上述结构的耗能较低，能够节约能源，减少排放。

4、能够有效地实现资源的回收利用，降低了成本。

5、本发明解决了氧化还原法制备石墨烯的工艺流程中的浓(强)酸性废水难处理的问题，减少工业废水的排放，绿色环保。

6、本方法不仅解决墨烯废水处理问题，废酸和石墨烯回收重复利用，还可以降低成本，节约水资源，实现了低成本、低消耗、节能减排、资源回收利用的环境友好资源化“双碳”目标。

目前没有人提出或用这种方法处理石墨烯产生的废水或尾水，本发明的石墨烯废水处理，实现了低成本、低消耗、节能减排、资源回收利用的环境友好资源化目标。且上述处理方法为物理方法，不加药剂、没有二次污染、不加水、没有大量浪费的水资源、防止环境受到污染，实现资源资源的回收利用。

附图说明

图1是本发明一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置的结构示意图一；

图2是本发明一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置的结构示意图二。

如图所示：1、吸附过滤装置，2、吸附装置，3、过滤装置，4、石墨烯液体回收装置，5、搅拌机，6、吸附填充物料，7、微孔，8、吸附材料入口，9、一级过滤器，10、二级过滤器，11、光催化结构，12、半导体电离结构，13、吸附材料被括出口，14、烘干机构，15、过滤器，16、超声空化结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

结合附图，对本发明进行详细介绍。

本发明在具体实施时提供了一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置，包括吸附过滤装置1、吸附装置2、过滤装置3和石墨烯液体回收装置4，所述吸附过滤装置1的内部设置有搅拌机5、吸附填充物料6和若干微孔7，所述过滤装置连接在吸附过滤装置1的底部，所述吸附过滤装置1的侧面设置有吸附材料入口8。

所述过滤装置包括一级过滤器9和二级过滤器10，所述二级过滤器10的底部设置有液体回收装置。所述过滤装置包括一级过滤结构9、超声空化结构16、光催化结构11和半导体电离结构12，所述一级过滤结构9、超声空化结构10、光催化结构11和半导体电离结构12由上至下依次设置。所述吸附过滤装置1和吸附装置2之间设置有吸附材料被括出口13。所述吸附装置2的顶部设置有烘干机构14。所述吸附装置2的外侧设置有过滤器15，所述过滤器15用于与石墨烯液体回收装置4连接。

一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置，包括浓缩废水A和浓缩废水B，浓缩废水A的处理步骤如下：

一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置，所述浓缩废水B的处理步骤如下：

所述浓缩废水A包括活性炭为粉体200目，亚兰16左右，碘值1000左右，灰分6.5和水分9，其处理步骤中搅拌100R/min；曝气微孔100纳米，曝气量50L/min，一级过滤，滤布过滤精度5微米，二级过滤，滤布过滤精度1微米。提取石墨烯，主要是用去离子水冲洗含有石墨烯的活性炭，加适量的NaHO,搅拌再精密过滤。

所述浓缩废水B原液，用清水稀释3-4倍，调节PH值为4-5，其处理步骤中光电声处理约60min；曝气微孔100纳米，曝气量50L/min，一级过滤，滤布过滤精度5微米，二级过滤，滤布过滤精度1微米。提取石墨烯，主要是用去离子水冲洗含有石墨烯的活性炭，加适量的NaHO,搅拌再精密过滤。

本发明的具体实施方式如下：

实施例一，浓缩废水的处理步骤如下：

步骤一，直接将“浓缩废水”注入该吸附过滤装置1中，加入过程中不加入药水，吸附过滤装置1中的主要吸附材料是活性炭或炭黑以及少量的活性氧化铝、硅藻土等。然后启动搅拌机5，通过搅拌、负电荷微孔曝气，水力停留时间大约30分钟，溶液与活性炭等吸附物质充分接触，将废水中的石墨烯微粒(纳米级)以及盐类和微量金属等物质吸附在以活性炭为主的填料多级微孔里；再通过板框压滤机的一级过滤器9，其过滤大小μm 5微米和精细微孔过滤器的二级过滤器10，其过滤大小0.5μm，得到的液体目视清澈透明，色度值小于30mg/L。液体是主要是25％的硫酸，可以回收利用。

步骤二，石墨烯液体回收装置4填料吸附的固体，不能成为固废，被吸附的固体中有较多的石墨烯(占该浓缩废水的0.1％)，根据石墨烯微粒在酸性环境集聚，在碱性环境分散的特征，再加适量的去离子水，通过调整PH值，浸出石墨烯微粒，该含有石墨烯的溶液可以回收利用。

实施例二，酸洗废水的处理步骤如下：

步骤一，直接将酸洗废水注入到吸附过滤装置1中，该装置主要吸附材料是活性炭或炭黑以及少量的活性氧化铝、硅藻土等。然后启动搅拌机5，通过搅拌、负电荷微孔曝气，水力停留时间大约30分钟，溶液与活性炭等吸附物质充分接触，将废水中的石墨烯微粒(纳米级)以及盐类和微量金属等物质吸附在以活性炭为主的填料多级微孔里；再通过板框压滤机的一级过滤器，其过滤大小0.5μm，实现固液分离，得到的液体脱色，为目视比较清亮透明，色度值小于50mg/L。液体还有主要污染物是废酸、盐、COD、BOD和磷等。

步骤二，石墨烯液体回收装置4，填料吸附的固体，不能成为固废，被吸附的固体中有较多的石墨烯占该浓缩废水的0.01％，根据石墨烯微粒在酸性环境集聚，在碱性环境分散的特征，再加适量的去离子水，通过调整PH值，浸出石墨烯微粒，该含有石墨烯的溶液可以回收利用。

步骤三，光电尾水处理装置，针对“酸洗废水”的第一步骤，过滤的液体还是有污染物，不能达标排放。通过微电解、超声空化结构16、光催化结构11和半导体电离结构12等作用产生电化学反应，经絮凝、羟基自由基等作用，降解和分解矿化COD、BOD、总磷、总氮、氨氮以及有机物和金属等，可以达到工业污水排放国家标准。

本发明主要采用以下方法：1、就是用活性炭；2、就是用半导体电极板电离、3、就是同时配合电极板电离的光催化和超声波。

作为本发明的进一步阐述，其中还包括:1、用活性炭吸附处理石墨烯废水或尾水的方法；2、用半导体电极板电离处理并从石墨烯废水或尾水中析出石墨烯的方法；3、用光催化和超声空化处理并从石墨烯废水或尾水中析出石墨烯的方法。上述均为本发明的保护范围。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置，包括吸附过滤装置(1)、吸附装置(2)、过滤装置(3)和石墨烯液体回收装置(4)，其特征在于：所述吸附过滤装置(1)的内部设置有搅拌机(5)、吸附填充物料(6)和若干微孔(7)，所述过滤装置连接在吸附过滤装置(1)的底部，所述吸附过滤装置(1)的侧面设置有吸附材料入口(8)。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置，其特征在于：所述过滤装置包括一级过滤器(9)和二级过滤器(10)，所述二级过滤器(10)的底部设置有液体回收装置。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置，其特征在于：所述过滤装置包括一级过滤结构(9)、超声空化结构(16)、光催化结构(11)和半导体电离结构(12)，所述一级过滤结构(9)、超声空化结构(16)、光催化结构(11)和半导体电离结构(12)由上至下依次设置。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置，其特征在于：所述吸附过滤装置(1)和吸附装置(2)之间设置有吸附材料被括出口(13)。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置，其特征在于：所述吸附装置(2)的顶部设置有烘干机构(14)。

6.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置，其特征在于：所述吸附装置(2)的外侧设置有过滤器(15)，所述过滤器(15)用于与石墨烯液体回收装置(4)连接。

7.根据权利要求1所述的一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置及其处理方法，其特征在于，包括浓缩废水A和浓缩废水B，浓缩废水A的处理步骤如下：

8.根据权利要求7所述的一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置及其处理方法，其特征在于，所述浓缩废水B的处理步骤如下：

9.根据权利要求7所述的一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置及其处理方法，其特征在于，所述浓缩废水A包括活性炭为粉体200目，亚兰16左右，碘值1000左右，灰分6.5和水分9，其处理步骤中搅拌100R/min；曝气微孔100纳米，曝气量50L/min，一级过滤，滤布过滤精度5微米，二级过滤，滤布过滤精度1微米。

10.根据权利要求7所述的一种石墨烯制备工艺中废水资源化处理方法与装置及其处理方法，其特征在于，所述浓缩废水B原液，用清水稀释3-4倍，调节PH值为4-5，其处理步骤中光电声处理约60min；曝气微孔100纳米，曝气量50L/min，一级过滤，滤布过滤精度5微米，二级过滤，滤布过滤精度1微米。