公布日：2023.09.15
申请日：2023.07.03
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C01C1/16(2006.01)I;C02F1/66(2023.01)N;C02F1/26(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/32(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/
30(2023.01)N;C02F1/02(2023.01)N;C02F1/24(2023.01)N;C02F1/42(2023.01)N
摘要
本发明涉及氟化铵回收技术领域，具体涉及一种从氟化铵废水中回收氟化铵的方法，包括以下步骤：调整废水的pH值，利用固相萃取法，选用有机溶剂进行萃取；光催化氧化：在废水中加入光催化剂，利用紫外光照射，将废水中的有机物部分转化为碳酸盐、水和气态产物；添加沉淀剂，以促进氟化铵的沉淀；通过微波加热废水，以更高效的方式使氟化铵从废水中转化为固态；利用空气浮选技术，通过注入气体的方式生成气泡，使得固态氟化铵附着在气泡上浮至液面；利用微波加热的方式；收集氟化铵。本发明，通过微生物降解、氧化还原反应和离子交换技术，将氟化铵废水中的氟离子和铵离子有效地回收，减少了氟化铵废水的直接排放。
权利要求书
1.一种从氟化铵废水中回收氟化铵的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：废水预处理：调整废水的pH值，利用固相萃取法，选用有机溶剂进行萃取，使得铵离子与氟离子更易形成氟化铵，并通过微滤方法去除废水中的悬浮杂质；步骤二：光催化氧化：在废水中加入光催化剂，利用紫外光照射，将废水中的有机物部分转化为碳酸盐、水和气态产物，以减少废水的化学需氧量；步骤三：添加沉淀剂：向处理后的废水中加入沉淀剂，以促进氟化铵的沉淀；步骤四：微波辅助水解沉淀：通过微波加热废水，以更高效的方式使氟化铵从废水中转化为固态；步骤五：空气浮选固液分离：利用空气浮选技术，通过注入气体的方式生成气泡，使得固态氟化铵附着在气泡上浮至液面，实现与废水的分离；步骤六：超声波辅助脱水：利用超声波的机械振动作用，提高脱水速率，提高氟化铵的纯度；步骤七：微波热处理：利用微波加热的方式，将脱水后的氟化铵进一步干燥，使得氟化铵的水分进一步减少；步骤八：收集氟化铵：将经过热处理后的氟化铵收集，获得高纯度的氟化铵。
2.根据权利要求1所述的一种从氟化铵废水中回收氟化铵的方法，其特征在于，所述步骤一中的pH调整至6-8，有机溶剂采用乙醇。
3.根据权利要求1所述的一种从氟化铵废水中回收氟化铵的方法，其特征在于，所述步骤二中的光催化剂采用TiO2(二氧化钛)，具体的步骤为：将TiO2均匀地分散在废水中，并在紫外光的照射下进行反应，在反应过程中，TiO2产生大量的羟基自由基，自由基具有高氧化性，氧化废水中的有机物质，将其转化为碳酸盐、水和气态产物。
4.根据权利要求1所述的一种从氟化铵废水中回收氟化铵的方法，其特征在于，所述步骤三中的沉淀剂采用氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钙(Ca(OH)2)。
5.根据权利要求1所述的一种从氟化铵废水中回收氟化铵的方法，其特征在于，所述步骤四中的微波辅助水解具体步骤包括：调整微波功率：微波功率的调整可以影响到水解反应的效率，适当的微波功率可提高氟化铵的沉淀效率，微波功率为300-800W之间；设置微波处理时间：微波处理时间保证水解反应的充分进行，处理时间的长短会影响到氟化铵的沉淀量和纯度，具体的处理时间为30-60分钟；混合搅拌：在微波处理过程中，通过搅拌保持废水的均匀混合，以促进氟化铵的生成和沉淀，采用机械搅拌或者气体搅拌方式；控制反应温度：微波处理过程中的反应温度应控制在适当范围，以防止过高的温度导致氟化铵的分解或者氟离子的挥发，反应温度控制为60-80摄氏度。
6.根据权利要求1所述的一种从氟化铵废水中回收氟化铵的方法，其特征在于，所述步骤五中的空气浮选固液分离具体为：搅拌废水：将气体搅拌进废水中，形成气泡，具体通过气体喷嘴或者搅拌装置来实现，气泡与固态氟化铵的吸附：由于氟化铵的密度小于水，且其表面具有一定亲水性，所以氟化铵颗粒会自然地附着在气泡上，同时，通过调整废水的pH值改变氟化铵的电荷状态，从而提高气泡与氟化铵的吸附效率；气泡的浮升和固液分离：通过气泡的浮升，将气泡上附着的氟化铵颗粒带到液面，实现固液分离，通过增大气泡的大小和减小废水的粘度来加快；收集浮升的氟化铵：将浮在液面的氟化铵通过刮板或者吸附装置收集起来。
7.根据权利要求1所述的一种从氟化铵废水中回收氟化铵的方法，其特征在于，所述步骤七中的微波热处理具体为：设置微波参数：根据氟化铵的性质和微波设备的能力，设置微波的频率、功率和加热时间，微波频率在2.45GHz，功率在450W，加热时间在15分钟；平均分布氟化铵：将氟化铵平均分布在微波反应器内，以保证微波能够均匀地穿透到氟化铵的每个部分，从而实现全面的热处理。控制加热温度：微波热处理的温度应适当，过高的温度可能会导致氟化铵的分解，过低的温度则不能有效地去除水分，加热温度应控制90摄氏度；冷却和收集：微波热处理后的氟化铵需要进行适当的冷却，以防止由于温度过高导致的自燃或者分解，冷却后的氟化铵通过筛分、吸附等方法进行收集。
8.根据权利要求1所述的一种从氟化铵废水中回收氟化铵的方法，其特征在于，还包括对收集的氟化铵进行纯化处理，以提高氟化铵的纯度，所述纯化处理采用离子交换方式。
9.根据权利要求8所述的一种从氟化铵废水中回收氟化铵的方法，其特征在于，所述离子交换过程主要包括以下步骤：选择离子交换树脂：选择对氟离子和铵离子具有选择性的离子交换树脂；预处理离子交换树脂：使用前，离子交换树脂需要进行预处理，水洗、酸洗、碱洗，以去除树脂中的杂质和非活性离子，同时激活树脂中的交换离子；进行离子交换：废水通过离子交换树脂床，在水流通过树脂床的过程中，废水中的氟离子和铵离子与离子交换树脂中的离子进行交换，氟离子和铵离子被离子交换树脂吸附，而树脂中的离子则会被释放到废水中；收集富集离子的树脂：离子交换后的树脂含有大量的氟离子和铵离子，将其收集起来，以便进行后续的处理和回收；再生离子交换树脂：通过酸、碱或盐溶液将树脂中吸附的离子洗脱，从而恢复树脂的交换容量，使其可以再次进行离子交换；处理和回收氟化铵：将含有氟离子和铵离子的树脂进行热处理、水解，从而将氟离子和铵离子转化为氟化铵，然后通过固液分离、烘干等步骤回收氟化铵。
发明内容
基于上述目的，本发明提供了一种从氟化铵废水中回收氟化铵的方法。
一种从氟化铵废水中回收氟化铵的方法，包括以下步骤：
步骤一：废水预处理：调整废水的pH值，利用固相萃取法，选用有机溶剂进行萃取，使得铵离子与氟离子更易形成氟化铵，并通过微滤方法去除废水中的悬浮杂质；
步骤二：光催化氧化：在废水中加入光催化剂，利用紫外光照射，将废水中的有机物部分转化为碳酸盐、水和气态产物，以减少废水的化学需氧量；
步骤三：添加沉淀剂：向处理后的废水中加入沉淀剂，以促进氟化铵的沉淀；
步骤四：微波辅助水解沉淀：通过微波加热废水，以更高效的方式使氟化铵从废水中转化为固态；
步骤五：空气浮选固液分离：利用空气浮选技术，通过注入气体的方式生成气泡，使得固态氟化铵附着在气泡上浮至液面，实现与废水的分离；
步骤六：超声波辅助脱水：利用超声波的机械振动作用，提高脱水速率，提高氟化铵的纯度；
步骤七：微波热处理：利用微波加热的方式，将脱水后的氟化铵进一步干燥，使得氟化铵的水分进一步减少；
步骤八：收集氟化铵：将经过热处理后的氟化铵收集，获得高纯度的氟化铵。
进一步的，所述步骤一中的pH调整至6-8，有机溶剂采用乙醇。
进一步的，所述步骤二中的光催化剂采用TiO2(二氧化钛)，具体的步骤为：将TiO2均匀地分散在废水中，并在紫外光的照射下进行反应，在反应过程中，TiO2产生大量的羟基自由基，自由基具有高氧化性，氧化废水中的有机物质，将其转化为碳酸盐、水和气态产物。
进一步的，所述步骤三中的沉淀剂采用氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钙(Ca(OH)2)。
进一步的，所述步骤四中的微波辅助水解具体步骤包括：
调整微波功率：微波功率的调整可以影响到水解反应的效率，适当的微波功率可提高氟化铵的沉淀效率，微波功率为300-800W之间；
设置微波处理时间：微波处理时间保证水解反应的充分进行，处理时间的长短会影响到氟化铵的沉淀量和纯度，具体的处理时间为30-60分钟；
混合搅拌：在微波处理过程中，通过搅拌保持废水的均匀混合，以促进氟化铵的生成和沉淀，采用机械搅拌或者气体搅拌方式；
控制反应温度：微波处理过程中的反应温度应控制在适当范围，以防止过高的温度导致氟化铵的分解或者氟离子的挥发，反应温度控制为60-80摄氏度。
进一步的，所述步骤五中的空气浮选固液分离具体为：
搅拌废水：将气体搅拌进废水中，形成气泡，具体通过气体喷嘴或者搅拌装置来实现，
气泡与固态氟化铵的吸附：由于氟化铵的密度小于水，且其表面具有一定亲水性，所以氟化铵颗粒会自然地附着在气泡上，同时，通过调整废水的pH值改变氟化铵的电荷状态，从而提高气泡与氟化铵的吸附效率；
气泡的浮升和固液分离：通过气泡的浮升，将气泡上附着的氟化铵颗粒带到液面，实现固液分离，通过增大气泡的大小和减小废水的粘度来加快；
收集浮升的氟化铵：将浮在液面的氟化铵通过刮板或者吸附装置收集起来。
进一步的，所述步骤七中的微波热处理具体为：
设置微波参数：根据氟化铵的性质和微波设备的能力，设置微波的频率、功率和加热时间，微波频率在2.45GHz，功率在450W，加热时间在15分钟；
平均分布氟化铵：将氟化铵平均分布在微波反应器内，以保证微波能够均匀地穿透到氟化铵的每个部分，从而实现全面的热处理。
控制加热温度：微波热处理的温度应适当，过高的温度可能会导致氟化铵的分解，过低的温度则不能有效地去除水分，加热温度应控制90摄氏度；
冷却和收集：微波热处理后的氟化铵需要进行适当的冷却，以防止由于温度过高导致的自燃或者分解，冷却后的氟化铵通过筛分、吸附等方法进行收集。
进一步的，还包括对收集的氟化铵进行纯化处理，以提高氟化铵的纯度，所述纯化处理采用离子交换方式。
进一步的，所述离子交换过程主要包括以下步骤：
选择离子交换树脂：选择对氟离子和铵离子具有选择性的离子交换树脂；
预处理离子交换树脂：使用前，离子交换树脂需要进行预处理，水洗、酸洗、碱洗，以去除树脂中的杂质和非活性离子，同时激活树脂中的交换离子；
进行离子交换：废水通过离子交换树脂床，在水流通过树脂床的过程中，废水中的氟离子和铵离子与离子交换树脂中的离子进行交换，氟离子和铵离子被离子交换树脂吸附，而树脂中的离子则会被释放到废水中；
收集富集离子的树脂：离子交换后的树脂含有大量的氟离子和铵离子，将其收集起来，以便进行后续的处理和回收；
再生离子交换树脂：通过酸、碱或盐溶液将树脂中吸附的离子洗脱，从而恢复树脂的交换容量，使其可以再次进行离子交换；
处理和回收氟化铵：将含有氟离子和铵离子的树脂进行热处理、水解，从而将氟离子和铵离子转化为氟化铵，然后通过固液分离、烘干等步骤回收氟化铵。
本发明的有益效果：
本发明，通过微生物降解、氧化还原反应和离子交换技术，将氟化铵废水中的氟离子和铵离子有效地回收，减少了氟化铵废水的直接排放，从而减轻了环境污染，有利于保护环境和人类健康。
本发明，可将废水中的氟离子和铵离子转化为氟化铵，实现了资源的回收和利用，提高了资源利用率，符合循环经济的发展理念。
本发明，采用特定的微生物、光催化剂和离子交换树脂，可以高效地处理氟化铵废水，提高氟化铵的回收率和纯度，具有良好的处理效果。
本发明，处理过程中，采用微波热处理，能量利用率高，能耗低，比传统的热处理方式节能，方法操作简单，设备投资少，运行成本低，比传统的处理方法更经济。
（发明人：沈安邦;孙康;骆家拴）
