CN215365312U - 钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统，包括废液罐、第一反应罐、第二反应罐和固体收集罐，待处理的工业废液储存在废液罐中，第一反应罐接收第一上清液并将其分馏回收有机溶剂，第二反应罐接收第二上清液并将其分馏回收有机溶剂，固体出料管路的一端与废液罐的固体出料端连通，其另一端与固体收集罐连通，固体收集罐收集废液罐内烘干后的沉淀固体，加热烘干装置用于对废液罐的废液中加入第二处理液后进行加热以及排出第二上清液后对剩下沉淀进行烘干。本实用新型对钙钛矿太阳能电池工业废液中的钙钛矿组分化合物、溶剂进行回收利用，提高废液的利用率，降低成本。

Description

钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统

技术领域

本实用新型属于钙钛矿太阳能电池资源回收再利用技术领域，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是热门的第三代太阳能电池，其结构为一定厚度的钙钛矿吸收层夹在两侧的空穴、电子传输层之间，两侧传输层外则外接了正负电极。钙钛矿太阳能电池的主要生产原料为PbI₂、PbAC₂、PbCl₂等铅盐和甲胺氢碘酸盐MAI、甲脒氢碘酸盐FAI、碘化铯CsI等有机组分，溶剂主要为N-N二甲基甲酰胺、二甲氧基乙醇、γ-丁内酯、以及极少量的二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮等。

钙钛矿太阳能电池的吸光层由溶液印刷制成，但用于溶液印刷的涂布机需要大量额外的溶液来保持涂布头腔室的真空，这部分的溶液最终会成为钙钛矿太阳能电池工业生产废液。该废液主要包含上述生产原料中的化合物。

目前，该废液一般直接废弃处理。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统，对钙钛矿太阳能电池生产的工业废液中的钙钛矿组分化合物、溶剂进行回收利用，提高废液的利用率，降低成本，同时避免废水污染环境。

本实用新型是这样实现的，提供一种钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统，包括废液罐、第一反应罐、第二反应罐和固体收集罐，待处理的工业废液储存在废液罐中，所述第一反应罐接收第一上清液并将其分馏回收可再利用的有机溶剂，所述第二反应罐接收第二上清液并将其分馏回收可再利用的有机溶剂，所述第一上清液包括向废液罐内的废液中加入第一处理液静置沉淀后的溶液，所述第二上清液包括向废液罐内的废液中加入第二处理液静置沉淀后的溶液和加入第三处理液静置沉淀后的溶液，在所述废液罐上分别设置工业废液进料管道、第一处理液进料管道、第二处理液进料管道、第三处理液进料管道、第一上清液出料管路、第二上清液出料管路、固体出料管路以及加热烘干装置，所述第一上清液出料管路的一端与废液罐的上清液出料口连通，其另一端与第一反应罐的进料端连通，所述第二上清液出料管路一端也与废液罐的上清液出料口连通，其另一端与第二反应罐的进料端连通，在所述第一反应罐和第二反应罐上分别设置第一分馏装置和第二分馏装置，在所述第一反应罐和第二反应罐的出料端上分别设置收集分馏溶剂的多个收集管路，所述固体出料管路的一端与废液罐的固体出料端连通，其另一端与固体收集罐连通，所述固体收集罐收集废液罐内烘干后的沉淀固体，所述加热烘干装置用于对废液罐的废液中加入第二处理液后进行加热以及排出第二上清液后对剩下沉淀进行烘干。

进一步地，所述钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统还包括第一回收管路和第二回收管路，所述第一回收管路的一端与废液罐的进料端连通，其另一端与第一反应罐的出料端连通，所述第一回收管路用于将第一反应罐分馏后的沉淀回收到废液罐中再利用，所述第二回收管路的一端与废液罐的进料端连通，其另一端与第二反应罐的出料端连通，所述第二回收管路用于将第二反应罐分馏后的沉淀回收到废液罐中再利用。

进一步地，所述第一处理液包括乙醇或异丙醇，所述第一处理液的添加量为其与废液的体积比例在100%~150%之间；所述第二处理液为二甲氧基乙醇、γ-丁内酯（GBL）或1-环己基-2-吡咯烷酮中任意一种，以及碘甲脒（FAI）或碘甲胺（MAI），其中，二甲氧基乙醇的添加量为其与废液的体积比例在50%~90%之间，γ-丁内酯（GBL）的添加量其与废液的体积比例在50%~90%之间，1-环己基-2-吡咯烷酮添加量为其与废液的体积比例在0~10%之间，碘甲脒（FAI）或碘甲胺（MAI）的添加量其与废液的体积比例在0~100%之间；所述第三处理液为异丙醇或氯苯。

进一步地，所述第一反应罐分馏回收的可再利用的有机溶剂包括乙醇或异丙醇、二甲氧基乙醇、N-N二甲基甲酰胺和γ-丁内酯，所述第二反应罐分馏回收的可再利用的有机溶剂包括异丙醇、二甲氧基乙醇、氯苯、1-环己基-2-吡咯烷酮和γ-丁内酯。

进一步地，在所述废液罐中设置搅拌装置。

与现有技术相比，本实用新型的钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统，能将钙钛矿太阳能电池废液中的卤铅化合物转变为钙钛矿组分重新用于钙钛矿吸光层的制备，同时可以回收废液中的各类有机溶剂，提高原料的利用率，有效降低钙钛矿太阳能电池的生产成本，同时避免废水污染环境。

附图说明

图1为本实用新型新型钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统一较佳实施例的原理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参照图1所示，本实用新型钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统的较佳实施例，包括废液罐1、第一反应罐2、第二反应罐3和固体收集罐4。图中所示箭头方向示意的是该系统中原料或物料的流向。

待处理的工业废液储存在废液罐1中，所述第一反应罐2接收第一上清液并将其分馏回收可再利用的有机溶剂，所述第二反应罐3接收第二上清液并将其分馏回收可再利用的有机溶剂。所述第一上清液包括向废液罐1内的废液中加入第一处理液静置沉淀后的溶液，所述第二上清液包括向废液罐1内的废液中加入第二处理液静置沉淀后的溶液和加入第三处理液静置沉淀后的溶液。

在所述废液罐1上分别设置工业废液进料管道5、第一处理液进料管道6、第二处理液进料管道7、第三处理液进料管道8、第一上清液出料管路9、第二上清液出料管路10、固体出料管路11、加热烘干装置12、第一回收管路13和第二回收管路14。所述工业废液进料管道5、第一处理液进料管道6、第二处理液进料管道7和第三处理液进料管道8分别设置在废液罐1的进料端。

所述第一上清液出料管路9的一端与废液罐1的上清液出料口16连通，其另一端与第一反应罐2的进料端连通，所述第二上清液出料管路10一端也与废液罐1的上清液出料口16连通，其另一端与第二反应罐3的进料端连通。在所述第一反应罐2和第二反应罐3上分别设置第一分馏装置和第二分馏装置（图中未示出）。在所述第一反应罐2和第二反应罐3的出料端上分别设置收集分馏溶剂的多个收集管路17。每个收集管路17对应于收集一种有机溶剂。

所述固体出料管路11的一端与废液罐1的固体出料端连通，其另一端与固体收集罐4连通。所述固体收集罐4收集废液罐1内烘干后的沉淀固体。该沉淀固体即为用于制备钙钛矿太阳能电池的钙钛矿固体。所述加热烘干装置12用于对废液罐1的废液中加入第二处理液后进行加热以及排出第二上清液后对剩下沉淀进行烘干。

所述第一回收管路13的一端与废液罐1的进料端连通，其另一端与第一反应罐2的出料端连通，所述第一回收管路13用于将第一反应罐2分馏后的沉淀回收到废液罐1中再利用。所述第二回收管路14的一端与废液罐1的进料端连通，其另一端与第二反应罐3的出料端连通，所述第二回收管路14用于将第二反应罐3分馏后的沉淀回收到废液罐1中再利用。

所述第一处理液包括乙醇或异丙醇，所述第一处理液的添加量为其与废液的体积比例在100%~150%之间。

所述第二处理液为二甲氧基乙醇、γ-丁内酯（GBL）或1-环己基-2-吡咯烷酮中任意一种，以及碘甲脒（FAI）或碘甲胺（MAI），其中，二甲氧基乙醇的添加量为其与废液的体积比例在50%~90%之间，γ-丁内酯（GBL）的添加量其与废液的体积比例在50%~90%之间，1-环己基-2-吡咯烷酮添加量为其与废液的体积比例在0~10%之间，碘甲脒（FAI）或碘甲胺（MAI）的添加量其与废液的体积比例在0~100%之间。

所述第三处理液为异丙醇或氯苯，所述第三处理液用于清洗第二沉淀，其使用量由操作员根据沉淀洗涤情况确定。

所述第一反应罐2分馏回收的可再利用的有机溶剂包括乙醇或异丙醇、二甲氧基乙醇、N-N二甲基甲酰胺和γ-丁内酯，所述第二反应罐3分馏回收的可再利用的有机溶剂包括异丙醇、二甲氧基乙醇、氯苯、1-环己基-2-吡咯烷酮和γ-丁内酯。

在所述废液罐中设置搅拌装置15用于搅拌废液罐1内的溶液使其充分反应。

下面通过钙钛矿太阳能电池工业废液处理方法来进一步说明本实用新型的钙钛矿太阳能电池工业废液处理的结构原理。

本实用新型还公开一种钙钛矿太阳能电池工业废液处理方法，其利用如前所述的钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统进行处理，所述处理方法包括如下步骤：

步骤一、将钙钛矿太阳能电池工业废液通过工业废液进料管道5进入废液罐1中，通过第一处理液进料管道6向废液罐1中加入第一处理液，等待废液罐1中的溶液沉淀生成，然后静置分离出处于上部的第一上清液和处于下部的第一沉淀。

所述第一沉淀的成分主要为PbI₂、PbAC₂、PbCl₂等铅盐和甲胺氢碘酸盐MAI、甲脒氢碘酸盐FAI、碘化铯CsI等有机组分，以及两者结合的复式盐。

所述第一上清液的主要成分为钙钛矿太阳能电池生产原料中的N-N二甲基甲酰胺、二甲氧基乙醇、γ-丁内酯等有机溶剂以及在步骤一中刚加入的第一处理液——乙醇或异丙醇等。

所述第一处理液的添加量为其与废液的体积比例在100%~150%之间。

步骤二、分离出的第一上清液通过第一上清液出料管路9输送到第一反应罐2中，第一沉淀仍然保留在废液罐1中。通过第一分馏装置对第一反应罐2中的第一上清液进行分馏处理，通过多个收集管路17回收分馏后得到的可再利用的有机溶剂，同时把分馏处理后遗留的沉淀物通过第一回收管路13投料进入到废液罐1中再利用。

该步骤分馏得到可再利用的有机溶剂包括：通过分馏温度的设置，约78℃时回收乙醇，约82℃时回收异丙醇，约124℃时回收二甲氧基乙醇，约153℃时回收N-N二甲基甲酰胺，约204℃时回收γ-丁内酯。

分馏处理后遗留的沉淀物的成分与第一沉淀相似，不再赘述。步骤三、然后，通过第二处理液进料管道7向废液罐1中加入第二处理液，使用搅拌装置15对废液罐1中的溶液进行搅拌，使用加热烘干装置12对溶液进行加热，废液罐1中的溶液反应生产大量黑色沉淀后静置，静置分离出处于上部的第二上清液和处于下部的第二沉淀。第二上清液通过第二上清液出料管路10输送到第二反应罐3中，第二沉淀则保留在废液罐1中，通过第三处理液进料管道8向废液罐1中加入第三处理液，对第二沉淀进行清洗，然后再使用搅拌装置对清洗溶液进行搅拌，静置，等待废液罐中的黑色固体重新沉淀在罐体底部后分离出处于上部的第三上清液和处于下部的第三沉淀，第三上清液也通过第二上清液出料管路10输送到第二反应罐3中。使用加热烘干装置12对废液罐1中的剩余沉淀进行加热烘干，得到的沉淀固体即为可再用于钙钛矿吸光层加工的钙钛矿固体。

所述第二处理液为二甲氧基乙醇、γ-丁内酯或1-环己基-2-吡咯烷酮中任意一种，以及碘甲脒或碘甲胺，其中，二甲氧基乙醇的添加量为其与废液的体积比例在50%~90%之间，γ-丁内酯的添加量其与废液的体积比例在50%~90%之间，1-环己基-2-吡咯烷酮添加量为其与废液的体积比例在0~10%之间，碘甲脒或碘甲胺的添加量其与废液的体积比例在0~100%之间。

所述第二沉淀和第三沉淀（即黑色沉淀）的主要成分为FA、MA、Cs的混合阳离子钙钛矿，具体通式可以写成FA_aMA_bCs_(1-a-b)PbX₂,X可以是I-、Cl-、Ac等，通式中0≤a≤1，0≤b≤1。该第二沉淀和第三沉淀可回收再用于制备钙钛矿太阳能电池的吸光层原料，提高钙钛矿太阳能电池工业废液的利用率，降低成本。

所述第三处理液为异丙醇或氯苯，所述第三处理液用于清洗第二沉淀，其使用量由操作员根据沉淀洗涤情况确定。

所述第二上清液和第三上清液的混合液的主要成分为该步骤加入的第二处理液和第三处理液。

步骤四、通过第二分馏装置对第二反应罐3中的第二上清液和第三上清液的混合液进行分馏处理，通过多个收集管路17回收分馏后得到的可再利用的有机溶剂，同时把分馏处理后遗留的沉淀物通过第二回收管路14投料进入到废液罐1中再利用。

该步骤分馏得到可再利用的有机溶剂包括：通过分馏温度的设置，约82℃时回收异丙醇，约124℃时回收二甲氧基乙醇，约132℃时回收氯苯，约154℃时回收1-环己基-2-吡咯烷酮，约204℃时回收γ-丁内酯。

分馏处理后遗留的沉淀物与步骤三的第二沉淀和第三沉淀相似，不再赘述。

在步骤三中，使用加热烘干装置12对废液罐1中的溶液进行加热反应的温度控制在50℃~100℃。加热的目的是促进反应生成第二沉淀，得到可回收利用的钙钛矿原料。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统，其特征在于，包括废液罐、第一反应罐、第二反应罐和固体收集罐，待处理的工业废液储存在废液罐中，所述第一反应罐接收第一上清液并将其分馏回收可再利用的有机溶剂，所述第二反应罐接收第二上清液并将其分馏回收可再利用的有机溶剂，所述第一上清液包括向废液罐内的废液中加入第一处理液静置沉淀后的溶液，所述第二上清液包括向废液罐内的废液中加入第二处理液静置沉淀后的溶液和加入第三处理液静置沉淀后的溶液，在所述废液罐上分别设置工业废液进料管道、第一处理液进料管道、第二处理液进料管道、第三处理液进料管道、第一上清液出料管路、第二上清液出料管路、固体出料管路以及加热烘干装置，所述第一上清液出料管路的一端与废液罐的上清液出料口连通，其另一端与第一反应罐的进料端连通，所述第二上清液出料管路一端也与废液罐的上清液出料口连通，其另一端与第二反应罐的进料端连通，在所述第一反应罐和第二反应罐上分别设置第一分馏装置和第二分馏装置，在所述第一反应罐和第二反应罐的出料端上分别设置收集分馏溶剂的多个收集管路，所述固体出料管路的一端与废液罐的固体出料端连通，其另一端与固体收集罐连通，所述固体收集罐收集废液罐内烘干后的沉淀固体，所述加热烘干装置用于对废液罐的废液中加入第二处理液后进行加热以及排出第二上清液后对剩下沉淀进行烘干。

2.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统还包括第一回收管路和第二回收管路，所述第一回收管路的一端与废液罐的进料端连通，其另一端与第一反应罐的出料端连通，所述第一回收管路用于将第一反应罐分馏后的沉淀回收到废液罐中再利用，所述第二回收管路的一端与废液罐的进料端连通，其另一端与第二反应罐的出料端连通，所述第二回收管路用于将第二反应罐分馏后的沉淀回收到废液罐中再利用。

3.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统，其特征在于，所述第一处理液包括乙醇或异丙醇，所述第一处理液的添加量为其与废液的体积比例在100%~150%之间；所述第二处理液为二甲氧基乙醇、γ-丁内酯或1-环己基-2-吡咯烷酮中任意一种以及碘甲脒或碘甲胺，其中，二甲氧基乙醇的添加量为其与废液的体积比例在50%~90%之间，γ-丁内酯的添加量其与废液的体积比例在50%~90%之间，1-环己基-2-吡咯烷酮添加量为其与废液的体积比例在0~10%之间，碘甲脒或碘甲胺的添加量其与废液的体积比例在0~100%之间；所述第三处理液为异丙醇或氯苯。

4.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统，其特征在于，所述第一反应罐分馏回收的可再利用的有机溶剂包括乙醇或异丙醇、二甲氧基乙醇、N-N二甲基甲酰胺和γ-丁内酯，所述第二反应罐分馏回收的可再利用的有机溶剂包括异丙醇、二甲氧基乙醇、氯苯、1-环己基-2-吡咯烷酮和γ-丁内酯。

5.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池工业废液处理系统，其特征在于，在所述废液罐中设置搅拌装置。

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