公布日：2023.10.03
申请日：2023.06.15
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/00(2023.01)I;C02F1/469(2023.01)I;C02F1/42(2023.01)I;C02F101/34(2006.01)N;C02F103/38(2006.01)N
摘要
本申请涉及一种丙烯酸丁酯废水的处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1：过滤丙烯酸丁酯废水，得到滤后水；S2：对滤后水脱盐浓缩处理，得到浓盐水；S3：将浓盐水输送至电驱动阳离子膜装置，分离后得到丙烯酸粗液和氢氧化钠溶液；S4：将丙烯酸粗液通过离子交换树脂处理后得到丙烯酸回收液；其中，所述电驱动阳离子膜装置中的阳离子膜为复合阳离子膜；所述复合阳离子膜包括阳离子交换膜以及贴合于阳离子交换膜两侧的低电阻无纺布；所述低电阻无纺布的电导率为0.01～10S/cm。本申请具有提高丙烯酸丁酯废水处理中离子交换过程的效果。
权利要求书
1.一种丙烯酸丁酯废水的处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1：过滤丙烯酸丁酯废水，得到滤后水；S2：对滤后水脱盐浓缩处理，得到浓盐水；S3：将浓盐水输送至电驱动阳离子膜装置，分离后得到丙烯酸粗液和氢氧化钠溶液；S4：将丙烯酸粗液通过离子交换树脂处理后得到丙烯酸回收液；其中，所述电驱动阳离子膜装置中的阳离子膜为复合阳离子膜；所述复合阳离子膜包括阳离子交换膜以及贴合于阳离子交换膜两侧的低电阻无纺布；所述低电阻无纺布的电导率为0.01～10S/cm；所述阳离子膜和低电阻无纺布之间设置有粘结剂，所述粘结剂包括以下重量分数的组分制备得到：盐酸多巴胺30～40份；缓冲液500～1000份；过硫酸铵30～40份；所述复合阳离子膜的制备方法包括以下步骤：步骤1：准备阳离子交换膜和低电阻无纺布；步骤2：将粘结剂配制成粘结剂溶液，并涂覆在阳离子交换膜的一侧和其中一张低电阻无纺布的一侧，并贴合在一起；步骤3：将阳离子交换膜与低电阻无纺布已经贴合的一面浸没在粘结剂溶液中，浸泡4～6h，取出冲洗干净，得到一侧粘接低电阻无纺布的阳离子交换膜；步骤4：将阳离子交换膜未粘接低电阻无纺布的一侧与另一张低电阻无纺布的一侧涂覆粘结剂溶液，并贴合在一起；步骤5：将阳离子交换膜与低电阻无纺布贴合的一面浸没在粘结剂溶液中，浸泡4～6h，取出冲洗干净，烘干。
2.根据权利要求1所述的一种丙烯酸丁酯废水的处理工艺，其特征在于，所述粘结剂中还添加有5～20重量份的羧基化多壁碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的一种丙烯酸丁酯废水的处理工艺，其特征在于，所述复合阳离子膜还经过后处理，所述后处理为将复合阳离子膜的两侧分别单独进入聚乙烯酰胺溶液中，每侧浸泡1h，取出冲洗烘干。
4.根据权利要求1所述的一种丙烯酸丁酯废水的处理工艺，其特征在于，所述低电阻无纺布经过预处理，所述预处理为将低电阻无纺布浸渍在0.1～0.5wt%的海藻酸钠水溶液后，烘干。
5.根据权利要求1所述的一种丙烯酸丁酯废水的处理工艺，其特征在于，所述低电阻无纺布的厚度控制为200～500um。
6.根据权利要求1所述的一种丙烯酸丁酯废水的处理工艺，其特征在于，所述电驱动阳离子膜装置包括渗析槽、阳极酸水循环罐、阴极碱水循环罐、阳离子膜、支撑膜和调节机构，所述阳离子膜设置于渗析槽内将渗析槽分为阳极槽和阴极槽，所述阳极酸水循环罐和阳极槽相连通，所述阴极碱水循环罐与阴极槽相连通；所述支撑膜设置于所述阳离子膜朝向阴极槽的一侧；所述阳离子膜通过调节机构与渗析槽滑动相连，所述阳离子膜可与支撑膜通过调节机构调节形成两种状态，分别为打开状态和合并状态；所述打开状态为：所述阳离子膜呈波浪型，所述阳离子膜的波谷与支撑膜贴合，所述阳离子膜的波峰向远离支撑膜凸起；所述合并状态为：所述阳离子膜与支撑膜相贴合。
7.根据权利要求6所述的一种丙烯酸丁酯废水的处理工艺，其特征在于，所述调节机构包括与渗析槽相连的固定导向杆和滑移导向杆，所述渗析槽的槽底开设由滑动槽，所述滑移导向杆与滑动槽滑动配合，所述滑动槽内设置有用于将滑移导向杆复位在滑动槽远离支撑膜的一端的弹性件，所述固定导向杆固定连接在渗析槽上，且固定导向杆与支撑膜贴合；所述固定导向杆和滑移导向杆上开设有用于阳离子膜滑动穿设的导向孔；所述渗析槽上设置有驱动装置，所述阳离子膜一端与渗析槽固定相连，所述阳离子膜的另一端与驱动装置相连。
8.根据权利要求6所述的一种丙烯酸丁酯废水的处理工艺，其特征在于，所述阳离子膜靠近所述支撑膜的一侧和远离所述支撑膜的一侧均设置有一层筛网，两层所述筛网与阳离子膜紧密贴合。
发明内容
为了更好地有效利用和处理丙烯酸丁酯废水，本申请提供一种丙烯酸丁酯废水的处理工艺。
一种丙烯酸丁酯废水的处理工艺，包括以下步骤：
S1：过滤丙烯酸丁酯废水，得到滤后水；
S2：对滤后水脱盐浓缩处理，得到浓盐水；
S3：将浓盐水输送至电驱动阳离子膜装置，分离后得到丙烯酸粗液和氢氧化钠溶液；
S4：将丙烯酸粗液通过离子交换树脂处理后得到丙烯酸回收液；
其中，所述电驱动阳离子膜装置中的阳离子膜为复合阳离子膜；
所述复合阳离子膜包括阳离子交换膜以及贴合于阳离子交换膜两侧的低电阻无纺布；
所述低电阻无纺布的电导率为0.01～10S/cm。
丙烯酸丁酯制备工艺产生的废水中主要的污染物为对甲苯磺酸钠和丙烯酸钠。本发明的废水处理工艺首先通过步骤S1过滤去除悬浮物、颗粒和其他杂质，得到滤后水，有助于提高后续处理步骤的效果，并减少对设备的损害。其次，通过步骤S2浓缩处理，使废水中的盐类浓度增加，为后续的分离步骤提供更好的条件。随后，步骤S3中浓盐水被输送至电驱动阳离子膜装置，采用复合阳离子膜进行分离。复合阳离子膜是一种包含阳离子交换膜和低电阻无纺布的膜结构，可以更加有效快速且持久地进行离子分离，得到丙烯酸粗液和氢氧化钠溶液。最后通过步骤S4离子交换树脂处理后，从丙烯酸粗液中得到丙烯酸回收液，去除杂质，提高丙烯酸的纯度，从而实现对丙烯酸的有效回收和再利用。
本发明中低电阻无纺布复合在阳离子交换膜的两侧，一方面可以大大提高阳离子交换膜的韧性和强度，提高阳离子膜的耐久性；另一方面，低电阻无纺布的复合大大降低了阳离子膜的电阻率，提高了导电能力，从而提高阳离子膜的阳离子交换能力。
低电阻无纺布的电导率控制在上述0.01～10S/cm的范围内，不宜过高，也不宜过低。
进一步的，所述阳离子膜和低电阻无纺布之间设置有粘结剂，所述粘结剂包括以下重量分数的组分制备得到：
盐酸多巴胺30～40份；
缓冲液500～1000份；
过硫酸铵30～40份。
盐酸多巴胺中含有DOPA（多巴）基团，DOPA基团对于多种表面都具有粘附性能。DOPA是一种很容易被氧化的基团，DOPA氧化后会生成邻位二醌，这种结构非常不稳定会和羟基、氨基或巯基上的活泼氢反应，也可以与相同结构的邻位二醌基团或者DOPA基团进行化学反应形成复杂的化学键合。因此，盐酸多巴胺可以较好地附着于阳离子交换膜和低电阻无纺布表面，而且多巴胺在氧化自聚合后会形成聚多巴胺，从而将低电阻无纺布和阳离子交换膜紧密结合在一起。并且聚多巴胺由于含有较多的羟基和氨基亲水性基团，因此粘结剂不会使得阳离子交换膜发生通透性不好的问题，反而可以在一定程度上提高阳离子膜的流通效率。
进一步的，所述粘结剂中还添加有5～20重量份的羧基化多壁碳纳米管。
粘结剂中的羧基化多壁碳纳米管与多巴胺之间也具有较好的粘附性能，因此羧基化多臂碳纳米管可以均匀地分散在粘结剂中。而羧基化多臂碳纳米管可以提高粘结剂的导电性，降低阳离子膜的电阻，使得阳离子膜能够更好的传递钠离子。
进一步的，所述复合阳离子膜的制备方法包括以下步骤：
步骤1：准备阳离子交换膜和低电阻无纺布；
步骤2：将粘结剂配制成粘结剂溶液，并涂覆在阳离子交换膜的一侧和其中一张低电阻无纺布的一侧，并贴合在一起；
步骤3：将阳离子交换膜与低电阻无纺布已经贴合的一面浸没在粘结剂溶液中，浸泡4～6h，取出冲洗干净，得到一侧粘接低电阻无纺布的阳离子交换膜；
步骤4：将阳离子交换膜未粘接低电阻无纺布的一侧与另一张低电阻无纺布的一侧涂覆粘结剂溶液，并贴合在一起；
步骤5：将阳离子交换膜与低电阻无纺布贴合的一面浸没在粘结剂溶液中，浸泡4～6h，取出冲洗干净，烘干。
进一步的，所述复合阳离子膜还经过后处理，所述后处理为将复合阳离子膜的两侧分别单独进入聚乙烯酰胺溶液中，每侧浸泡1h，取出冲洗烘干。
聚丙烯酰胺可以加速聚多巴胺的沉积过程，使得阳离子交换膜和低电阻无纺布之间的粘结过程更加快速。其次，聚乙烯酰胺与聚多巴胺之间会发生迈克尔加成反应，形成聚多巴胺和聚乙烯酰胺交联体系，提高粘结的强度和稳定性。而且，聚丙烯酰胺可以降低聚多巴胺自身的聚合过程，使得粘结区域更加紧密，使得阳离子交换膜和低电阻无纺布之间的结合更加牢固。
进一步的，所述低电阻无纺布经过预处理，所述预处理为将低电阻无纺布浸渍在0.1～0.5wt%的海藻酸钠水溶液后，烘干。
海藻酸钠浸渍后的低电阻无纺布在烘干后，无纺布的表面的致密度更高，机械强度更高。而且表面更加平整光滑。
进一步的，所述低电阻无纺布的厚度控制为100～200um。
进一步的，所述电驱动阳离子膜装置包括渗析槽、阳极酸水循环罐、阴极碱水循环罐、阳离子膜、支撑膜和调节机构，所述阳离子膜设置于渗析槽内将渗析槽分为阳极槽和阴极槽，所述阳极酸水循环罐和阳极槽相连通，所述阴极碱水循环罐与阴极槽相连通；所述支撑膜设置于所述阳离子膜朝向阴极槽的一侧；
所述阳离子膜通过调节机构与渗析槽滑动相连，所述阳离子膜可与支撑膜通过调节机构调节形成两种状态，分别为打开状态和合并状态；
所述打开状态为：所述阳离子膜呈波浪型，所述阳离子膜的波谷与支撑膜贴合，所述阳离子膜的波峰向远离支撑膜凸起；
所述合并状态为：所述阳离子膜与支撑膜相贴合。
本发明中的阳离子膜装置中的阳极膜通过控制其周期性进行打开状态和合并状态的变换，使得钠离子的过膜效率得到大幅度提高。阳离子膜在打开状态下维持一段时间后，钠离子在电驱动力和浓差驱动力的作用下，从阳极槽一侧向阴极槽一侧移动，阳离子膜靠近阴极槽一侧的钠离子浓度逐步增高。随后，通过调节机构控制阳离子膜进入闭合状态，阳离子膜从波浪状恢复到平整状，并且波浪状内原本的阴极槽区域由于阳离子膜调节而变为阳极槽区域，由于阳极槽内钠离子浓度更高，使得处于波浪状一侧原本属于阴极槽区域的位置上的钠离子更快向支撑膜靠近阴极槽一侧扩散，从而提高了钠离子的扩散效率。
阳离子膜通过周期性的打开状态和合并状态的变换，使得钠离子的过膜效率得到较大程度的提高，从而提高了废水的处理效率。
并且当阳离子膜上发生部分杂质附着时，通过阳离子膜的运动可以使得杂质从阳离子膜去除，大大增强了阳离子膜的耐久性。
进一步的，所述调节机构包括与渗析槽相连的固定导向杆和滑移导向杆，所述渗析槽的槽底开设由滑动槽，所述滑移导向杆与滑动槽滑动配合，所述滑动槽内设置有用于将滑移导向杆复位在滑动槽远离支撑膜的一端的弹性件，所述固定导向杆固定连接在渗析槽上，且固定导向杆与支撑膜贴合；所述固定导向杆和滑移导向杆上开设有用于阳离子膜滑动穿设的导向孔；
所述渗析槽上设置有驱动装置，所述阳离子膜一端与渗析槽固定相连，所述阳离子膜的另一端与驱动装置相连。
调节机构通过驱动装置卷对阳离子膜进行卷绕或者放松，当驱动装置进行卷绕时，阳离子膜沿导向孔滑动，滑移导向杆在阳离子膜的带动下移动，从而使得阳离子膜的波浪状越来越平整，直到从打开状态转变为合并状态。而当驱动装置放松时，滑移导向杆在弹性件的回复作用下，滑移导向杆将阳离子膜从平整的状态又转变为波浪状。
进一步的，所述阳离子膜靠近所述支撑膜的一侧和远离所述支撑膜的一侧均设置有一层筛网，两层所述筛网与阳离子膜紧密贴合。
在阳离子膜的两侧分别设置一层筛网有助于提高阳离子膜的强度，避免其在被拉力作用时而容易发生变形。其次，筛网具有一定的导向作用，可以在阳离子膜切换状态的时候，使溶液对阳离子膜的作用更好地分散在膜表面，不易对膜局部发生较大的影响。
综上所述，本发明具有以下效果：
1、通过低电阻无纺布改进电驱动阳离子膜装置的阳离子交换膜，提高阳离子交换膜的韧性、强度和导电性，使得钠离子更加容易通过阳离子膜，提高了离子交换效率；其次，阳离子膜的耐候性也得到提高，可以过滤分离更多的废水，降低成本。
2、通过利用多巴胺为主的粘结剂将阳离子交换膜和低电阻无纺布复合，得到的阳离子复合膜强度和稳定性更好，并且由于聚多巴胺粘结剂的特性不易影响复合后的阳离子复合膜的膜通量以及导电性，甚至可以提高阳离子复合膜的钠离子通过效率，提高电驱动阳离子膜装置的效率。
3、通过在电驱动阳离子膜装置中设置调节机构和支撑膜等结构，使得阳离子膜可以通过这些结构进行运动，对钠离子通过阳离子膜具有一定的辅助作用，尤其是当阳离子膜上发生部分杂质附着时，通过阳离子膜的运动可以使得杂质从阳离子膜去除，大大增强了阳离子膜的耐久性，降低了成本，提高了性能。
（发明人：陈其利）
