公布日：2023.09.01
申请日：2023.06.15
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/00(2023.01)I;C02F1/469(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设备，包括依次相连过滤器、浓缩设备、以及阳离子膜装置，所述阳离子膜装置包括用于分离浓盐水的渗析槽，所述渗析槽内设置有阳离子膜，所述渗析槽被阳离子膜分隔成阳极槽和阴极槽，所述渗析槽内设置有第一调节机构和第二调节机构，所述阳离子膜通过第一调节机构和第二调节机构与渗析槽滑动相连；所述第一调节机构与第二调节机构交错间隔与阳离子膜相连，所述阳离子膜通过第一调节机构和第二调节机构可以调整为3个阶段。本申请具有提高丙烯酸丁酯废水设备处理废水的效率的效果。
权利要求书
1.一种丙烯酸丁酯废水的处理设备，包括依次相连的用于过滤丙烯酸丁酯废水的过滤器、对过滤后的废水进行脱盐浓缩的浓缩设备、以及对脱盐处理后得到的浓盐水进行电驱动分离的阳离子膜装置，其特征在于，所述阳离子膜装置包括用于分离浓盐水的渗析槽，所述渗析槽内设置有阳离子膜，所述渗析槽被阳离子膜分隔成阳极槽和阴极槽，所述渗析槽内设置有第一调节机构和第二调节机构，所述阳离子膜通过第一调节机构和第二调节机构与渗析槽滑动相连；所述第一调节机构与第二调节机构交错间隔与阳离子膜相连，所述阳离子膜通过第一调节机构和第二调节机构可以调整为3个阶段：a阶段：第一调节机构固定，第二调节机构向阳极槽的方向移动，使得阳离子膜从初始的平整状态调节为向阳极槽一侧凸起的波浪状；b阶段：第二调节机构固定，第一调节机构向阳极槽的方向移动，使得阳离子膜从波浪状调节为远离初始位置的平整状态；c阶段：第一调节机构和第二调节机构同时向阴极槽的方向移动，使得阳离子膜回到初始的平整状态；所述第一调节机构包括多个第一调节杆，所述渗析槽的槽底开设有滑动槽，所述第一调节杆与滑动槽滑动配合，所述滑动槽内设置有用于控制第一调节杆在滑动槽内移动的第一驱动件，所述第一调节杆上开设有用于阳离子膜滑动穿设的第一导向孔；所述第二调节机构包括多个第二调节杆，所述渗析槽的槽底开设由滑动槽，所述第二调节杆与滑动槽滑动配合，所述滑动槽内设置有用于控制第二调节杆在滑动槽内移动的第二驱动件，所述第二调节杆上开设有用于阳离子膜滑动穿设的第二导向孔；所述阳离子膜一端与位于渗析槽一侧侧壁上的第二调节杆固定相连，所述渗析槽另一侧侧壁上的第二调节杆上设置有用于卷绕阳离子膜的驱动装置，所述阳离子膜的另一端与驱动装置相连；所述阳离子膜包括中心交换膜、在中心交换膜两侧分别依次设置的筛网层和无纺布层，所述中心交换膜、筛网层和无纺布层通过粘接剂粘结。
2.根据权利要求1所述的一种丙烯酸丁酯废水的处理设备，其特征在于，所述阳离子膜设置有多个。
3.根据权利要求1所述的一种丙烯酸丁酯废水的处理设备，其特征在于，所述阳离子膜靠近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。
4.根据权利要求1所述的一种丙烯酸丁酯废水的处理设备，其特征在于，所述粘接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。
5.根据权利要求4所述的一种丙烯酸丁酯废水的处理设备，其特征在于，所述粘接剂中还包括有10～30份的聚乙烯酰胺。
6.根据权利要求5所述的一种丙烯酸丁酯废水的处理设备，其特征在于，所述阳离子膜的制备方法包括以下步骤：步骤1：准备中心交换膜、筛网和无纺布；步骤2：将粘接剂配制成粘接剂溶液，并涂覆在中心交换膜的一侧和其中一张无纺布的一侧，将中心交换膜、筛网和无纺布依次贴合在一起；步骤3：将中心交换膜已经贴合无纺布的一面浸没在粘接剂稀释液中，浸泡4～6h，取出冲洗干净，得到一侧粘接无纺布的中心交换膜；步骤4：将中心交换膜未粘接无纺布的一侧与另一张无纺布的一侧涂覆粘接剂溶液，并将中心交换膜、筛网和无纺布依次贴合在一起；步骤5：将中心交换膜与无纺布贴合的一面浸没在粘接剂稀释液中，浸泡4～6h，取出冲洗干净，烘干。
7.根据权利要求6所述的一种丙烯酸丁酯废水的处理设备，其特征在于，所述无纺布经过预处理，所述预处理为将低电阻无纺布浸渍在预处理液中后1～3h后，烘干；其中预处理液为0.1～0.5wt%的海藻酸钠水溶液和与海藻酸钠水溶液质量比为1∶20～50的羧基化多壁碳纳米管。
8.根据权利要求1所述的一种丙烯酸丁酯废水的处理设备，其特征在于，所述阳离子膜的厚度为100～300um。
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设备。
一种丙烯酸丁酯废水的处理设备，包括依次相连的用于过滤丙烯酸丁酯废水的过滤器、对过滤后的废水进行脱盐浓缩的浓缩设备、以及对脱盐处理后得到的浓盐水进行电驱动分离的阳离子膜装置，所述阳离子膜装置包括用于分离浓盐水的渗析槽，所述渗析槽内设置有阳离子膜，所述渗析槽被阳离子膜分隔成阳极槽和阴极槽，所述渗析槽内设置有第一调节机构和第二调节机构，所述阳离子膜通过第一调节机构和第二调节机构与渗析槽滑动相连；
所述第一调节机构与第二调节机构交错间隔与阳离子膜相连，所述阳离子膜通过第一调节机构和第二调节机构可以调整为3个阶段：
a阶段：第一调节机构固定，第二调节机构向阳极槽的方向移动，使得阳离子膜从初始的平整状态调节为向阳极槽一侧凸起的波浪状；
b阶段：第二调节机构固定，第一调节机构向阳极槽的方向移动，使得阳离子膜从波浪状调节为远离初始位置的平整状态；
c阶段：第一调节机构和第二调节机构同时向阴极槽的方向移动，使得阳离子膜回到初始的平整状态。
丙烯酸丁酯的生产废水主要有两部分来源，一是来源于正丁醇和丙烯酸发生酯化反应生成丙烯酸丁酯的同时生成的废水，二是来源于中和塔，粗酯中残留的酸性催化剂、丙烯酸和阻聚剂在中和塔中进行中和洗涤产生的废水。这些废水组成复杂，对甲苯磺酸钠和丙烯酸钠为主要污染物。本发明的丙烯酸丁酯废水处理设备先通过过滤器将废水中一些固体杂质去除，使得废水中主要残留甲苯磺酸钠和丙烯酸钠，随后通过浓缩设备将废水浓缩成浓盐水以供给下一步的阳离子膜装置有效快速地分离出丙烯酸和氢氧化钠进行回收。
其次，本发明中的阳离子膜装置阳极槽用于注入浓缩后的废水，而阴极槽用于注入脱盐水。当启动电源后，处于阳极槽内的钠离子会经过阳离子膜进入阴极槽内，而不允许水中的氢氧根和丙烯酸根离子等通过交换，这样可以使两极产物隔离，达到分别回收丙烯酸以及氢氧化钠的效果。
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a阶段、b阶段和c阶段的变换，使得钠离子的过膜效率得到大幅度提高。阳离子膜在初始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，通过第一调节机构和第二调节机构控制阳离子膜进入a阶段，阳离子膜向阳极槽一侧凸起形成波浪状；阳离子膜在a阶段中，扩大了阴极槽的容积，而且凸起部位的阳离子膜的移动，相当于加速了阳极槽一侧的钠离子的穿过阳离子膜的速度，因此a阶段间接地提高了钠离子的过膜速度。当阳离子膜呈波浪状后，阳离子膜的表面积增大，钠离子在相同的电驱动力下，在单位时间内可以通过更多的钠离子进入阴极槽一侧；因此，维持阳离子膜波浪状一段时间后，阳离子膜靠近阴极槽一侧的钠离子浓度明显增高。接着，阳离子膜进入b阶段，阳离子膜又恢复平整状，但是阳离子膜的位置与初始位置相比发生改变。此时，阳离子膜更靠近阳极槽，而且由于从波浪状调节呈平整状是通过控制原本固定的第二调节机构移动达到，因此阳离子膜靠近阴极槽一侧的较高浓度的钠离子可以更快地在阴极槽内扩散开。而且，此时，阳离子膜的表面积又与初始位置的阳离子膜的表面积相同，因此阳离子的过膜通量下降，更有助于阳离子膜靠近阴极槽一侧的钠离子的扩散。维持一段时间后，进入c阶段，使得阳离子膜缓慢回到初始位置。从而完成一次循环。
通过周期性的a阶段、b阶段和c阶段的控制，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。
进一步的，所述第一调节机构包括多个第一调节杆，所述渗析槽的槽底开设由滑动槽，所述第一调节杆与滑动槽滑动配合，所述滑动槽内设置有用于控制第一调节杆在滑动槽内移动的第一驱动件，所述第一调节杆上开设有用于阳离子膜滑动穿设的第一导向孔；所述第二调节机构包括多个第二调节杆，所述渗析槽的槽底开设由滑动槽，所述第二调节杆与滑动槽滑动配合，所述滑动槽内设置有用于控制第二调节杆在滑动槽内移动的第二驱动件，所述第二调节杆上开设有用于阳离子膜滑动穿设的第二导向孔；
所述阳离子膜一端与位于渗析槽一侧侧壁上的第二调节杆固定相连，所述渗析槽另一侧侧壁上的第二调节杆上设置有用于卷绕阳离子膜的驱动装置，所述阳离子膜的另一端与驱动装置相连。
第一调节件和第二调节件可以分别驱动，而阳离子膜的两端固定在第二调节件的第二调剂杆上，因此当第二调节件停止时，阳离子膜的位置不会移动。此时，通过第一调节件驱动阳离子膜移动，可以使得阳离子膜形成波浪状，也就是进入a阶段。而当第一调节杆移动至远离初始位置的时候，控制第一调节杆不动，第二调节杆移动，使得阳离子膜进入b阶段，最终到达远离初始位置的平整状态。最后，通过控制第一调节杆和第二调节杆同时移动，使得阳离子膜回到初始位置。
进一步的，所述阳离子膜设置有多个。
多个阳离子膜可以组成多个渗析槽单元，从而提高钠离子过滤效率。
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。
进一步的，所述阳离子膜包括中心交换膜、在中心交换膜两侧分别依次设置的筛网层和无纺布层，所述中心交换膜、筛网层和无纺布层通过粘接剂粘结。
进一步的，所述粘接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，所述粘接剂中还包括有10～30份的聚乙烯酰胺。
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，所述阳离子膜的制备方法包括以下步骤：
步骤1：准备中心交换膜、筛网和无纺布；
步骤2：将粘接剂配制成粘接剂溶液，并涂覆在中心交换膜的一侧和其中一张无纺布的一侧，将中心交换膜、筛网和无纺布依次贴合在一起；
步骤3：将中心交换膜已经贴合无纺布的一面浸没在粘接剂稀释液中，浸泡4～6h，取出冲洗干净，得到一侧粘接无纺布的中心交换膜；
步骤4：将中心交换膜未粘接无纺布的一侧与另一张无纺布的一侧涂覆粘接剂溶液，并将中心交换膜、筛网和无纺布依次贴合在一起；
步骤5：将中心交换膜与无纺布贴合的一面浸没在粘接剂稀释液中，浸泡4～6h，取出冲洗干净，烘干。
进一步的，所述无纺布经过预处理，所述预处理为将低电阻无纺布浸渍在预处理液中后1～3h后，烘干；其中预处理液为0.1～0.5wt%的海藻酸钠水溶液和与海藻酸钠水溶液质量比为1∶20～50的羧基化多壁碳纳米管。
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。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。
进一步的，所述阳离子膜的厚度为100～300um。
综上所述，本发明具有以下效果：
1、本发明中的阳离子膜装置通过控制阳极膜周期性进行a阶段、b阶段和c阶段的变换，使得钠离子的过膜效率得到大幅度提高，提高了废水的处理效率。
2、通过无纺布、筛网和中心交换膜配合粘结剂得到复合的阳离子膜，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。
（发明人：陈其利）
