公布日：2023.09.01
申請日：2023.06.15
分類號：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
本申請涉及一種丙烯酸丁酯廢水的處理設(shè)備，包括依次相連過濾器、濃縮設(shè)備、以及陽離子膜裝置，所述陽離子膜裝置包括用于分離濃鹽水的滲析槽，所述滲析槽內(nèi)設(shè)置有陽離子膜，所述滲析槽被陽離子膜分隔成陽極槽和陰極槽，所述滲析槽內(nèi)設(shè)置有第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述陽離子膜通過第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與滲析槽滑動(dòng)相連；所述第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)交錯(cuò)間隔與陽離子膜相連，所述陽離子膜通過第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以調(diào)整為3個(gè)階段。本申請具有提高丙烯酸丁酯廢水設(shè)備處理廢水的效率的效果。
權(quán)利要求書
1.一種丙烯酸丁酯廢水的處理設(shè)備，包括依次相連的用于過濾丙烯酸丁酯廢水的過濾器、對過濾后的廢水進(jìn)行脫鹽濃縮的濃縮設(shè)備、以及對脫鹽處理后得到的濃鹽水進(jìn)行電驅(qū)動(dòng)分離的陽離子膜裝置，其特征在于，所述陽離子膜裝置包括用于分離濃鹽水的滲析槽，所述滲析槽內(nèi)設(shè)置有陽離子膜，所述滲析槽被陽離子膜分隔成陽極槽和陰極槽，所述滲析槽內(nèi)設(shè)置有第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述陽離子膜通過第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與滲析槽滑動(dòng)相連；所述第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)交錯(cuò)間隔與陽離子膜相連，所述陽離子膜通過第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以調(diào)整為3個(gè)階段：a階段：第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定，第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)向陽極槽的方向移動(dòng)，使得陽離子膜從初始的平整狀態(tài)調(diào)節(jié)為向陽極槽一側(cè)凸起的波浪狀；b階段：第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定，第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)向陽極槽的方向移動(dòng)，使得陽離子膜從波浪狀調(diào)節(jié)為遠(yuǎn)離初始位置的平整狀態(tài)；c階段：第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)同時(shí)向陰極槽的方向移動(dòng)，使得陽離子膜回到初始的平整狀態(tài)；所述第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括多個(gè)第一調(diào)節(jié)桿，所述滲析槽的槽底開設(shè)有滑動(dòng)槽，所述第一調(diào)節(jié)桿與滑動(dòng)槽滑動(dòng)配合，所述滑動(dòng)槽內(nèi)設(shè)置有用于控制第一調(diào)節(jié)桿在滑動(dòng)槽內(nèi)移動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)件，所述第一調(diào)節(jié)桿上開設(shè)有用于陽離子膜滑動(dòng)穿設(shè)的第一導(dǎo)向孔；所述第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括多個(gè)第二調(diào)節(jié)桿，所述滲析槽的槽底開設(shè)由滑動(dòng)槽，所述第二調(diào)節(jié)桿與滑動(dòng)槽滑動(dòng)配合，所述滑動(dòng)槽內(nèi)設(shè)置有用于控制第二調(diào)節(jié)桿在滑動(dòng)槽內(nèi)移動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)件，所述第二調(diào)節(jié)桿上開設(shè)有用于陽離子膜滑動(dòng)穿設(shè)的第二導(dǎo)向孔；所述陽離子膜一端與位于滲析槽一側(cè)側(cè)壁上的第二調(diào)節(jié)桿固定相連，所述滲析槽另一側(cè)側(cè)壁上的第二調(diào)節(jié)桿上設(shè)置有用于卷繞陽離子膜的驅(qū)動(dòng)裝置，所述陽離子膜的另一端與驅(qū)動(dòng)裝置相連；所述陽離子膜包括中心交換膜、在中心交換膜兩側(cè)分別依次設(shè)置的篩網(wǎng)層和無紡布層，所述中心交換膜、篩網(wǎng)層和無紡布層通過粘接劑粘結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種丙烯酸丁酯廢水的處理設(shè)備，其特征在于，所述陽離子膜設(shè)置有多個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種丙烯酸丁酯廢水的處理設(shè)備，其特征在于，所述陽離子膜靠近支撐膜的一側(cè)和遠(yuǎn)離所述支撐膜的一側(cè)均設(shè)置有一層篩網(wǎng)，兩層所述篩網(wǎng)與陽離子膜緊密貼合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種丙烯酸丁酯廢水的處理設(shè)備，其特征在于，所述粘接劑包括以下重量分?jǐn)?shù)的組分制備得到：鹽酸多巴胺30～40份；緩沖液500～1000份；過硫酸銨30～40份。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種丙烯酸丁酯廢水的處理設(shè)備，其特征在于，所述粘接劑中還包括有10～30份的聚乙烯酰胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種丙烯酸丁酯廢水的處理設(shè)備，其特征在于，所述陽離子膜的制備方法包括以下步驟：步驟1：準(zhǔn)備中心交換膜、篩網(wǎng)和無紡布；步驟2：將粘接劑配制成粘接劑溶液，并涂覆在中心交換膜的一側(cè)和其中一張無紡布的一側(cè)，將中心交換膜、篩網(wǎng)和無紡布依次貼合在一起；步驟3：將中心交換膜已經(jīng)貼合無紡布的一面浸沒在粘接劑稀釋液中，浸泡4～6h，取出沖洗干凈，得到一側(cè)粘接無紡布的中心交換膜；步驟4：將中心交換膜未粘接無紡布的一側(cè)與另一張無紡布的一側(cè)涂覆粘接劑溶液，并將中心交換膜、篩網(wǎng)和無紡布依次貼合在一起；步驟5：將中心交換膜與無紡布貼合的一面浸沒在粘接劑稀釋液中，浸泡4～6h，取出沖洗干凈，烘干。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種丙烯酸丁酯廢水的處理設(shè)備，其特征在于，所述無紡布經(jīng)過預(yù)處理，所述預(yù)處理為將低電阻無紡布浸漬在預(yù)處理液中后1～3h后，烘干；其中預(yù)處理液為0.1～0.5wt%的海藻酸鈉水溶液和與海藻酸鈉水溶液質(zhì)量比為1∶20～50的羧基化多壁碳納米管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種丙烯酸丁酯廢水的處理設(shè)備，其特征在于，所述陽離子膜的厚度為100～300um。
發(fā)明內(nèi)容
為了更好地有效利用和處理丙烯酸丁酯廢水，本申請?zhí)峁┮环N丙烯酸丁酯廢水的處理設(shè)備。
一種丙烯酸丁酯廢水的處理設(shè)備，包括依次相連的用于過濾丙烯酸丁酯廢水的過濾器、對過濾后的廢水進(jìn)行脫鹽濃縮的濃縮設(shè)備、以及對脫鹽處理后得到的濃鹽水進(jìn)行電驅(qū)動(dòng)分離的陽離子膜裝置，所述陽離子膜裝置包括用于分離濃鹽水的滲析槽，所述滲析槽內(nèi)設(shè)置有陽離子膜，所述滲析槽被陽離子膜分隔成陽極槽和陰極槽，所述滲析槽內(nèi)設(shè)置有第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述陽離子膜通過第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與滲析槽滑動(dòng)相連；
所述第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)交錯(cuò)間隔與陽離子膜相連，所述陽離子膜通過第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以調(diào)整為3個(gè)階段：
a階段：第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定，第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)向陽極槽的方向移動(dòng)，使得陽離子膜從初始的平整狀態(tài)調(diào)節(jié)為向陽極槽一側(cè)凸起的波浪狀；
b階段：第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定，第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)向陽極槽的方向移動(dòng)，使得陽離子膜從波浪狀調(diào)節(jié)為遠(yuǎn)離初始位置的平整狀態(tài)；
c階段：第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)同時(shí)向陰極槽的方向移動(dòng)，使得陽離子膜回到初始的平整狀態(tài)。
丙烯酸丁酯的生產(chǎn)廢水主要有兩部分來源，一是來源于正丁醇和丙烯酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成丙烯酸丁酯的同時(shí)生成的廢水，二是來源于中和塔，粗酯中殘留的酸性催化劑、丙烯酸和阻聚劑在中和塔中進(jìn)行中和洗滌產(chǎn)生的廢水。這些廢水組成復(fù)雜，對甲苯磺酸鈉和丙烯酸鈉為主要污染物。本發(fā)明的丙烯酸丁酯廢水處理設(shè)備先通過過濾器將廢水中一些固體雜質(zhì)去除，使得廢水中主要?dú)埩艏妆交撬徕c和丙烯酸鈉，隨后通過濃縮設(shè)備將廢水濃縮成濃鹽水以供給下一步的陽離子膜裝置有效快速地分離出丙烯酸和氫氧化鈉進(jìn)行回收。
其次，本發(fā)明中的陽離子膜裝置陽極槽用于注入濃縮后的廢水，而陰極槽用于注入脫鹽水。當(dāng)啟動(dòng)電源后，處于陽極槽內(nèi)的鈉離子會(huì)經(jīng)過陽離子膜進(jìn)入陰極槽內(nèi)，而不允許水中的氫氧根和丙烯酸根離子等通過交換，這樣可以使兩極產(chǎn)物隔離，達(dá)到分別回收丙烯酸以及氫氧化鈉的效果。
本發(fā)明中的陽離子膜裝置中的陽極膜通過控制其周期性進(jìn)行a階段、b階段和c階段的變換，使得鈉離子的過膜效率得到大幅度提高。陽離子膜在初始狀態(tài)下維持一段時(shí)間后，鈉離子在電驅(qū)動(dòng)力和濃差驅(qū)動(dòng)力的作用下，從陽極槽一側(cè)向陰極槽一側(cè)移動(dòng)，陽離子膜靠近陰極槽一側(cè)的鈉離子濃度逐步增高。隨后，通過第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制陽離子膜進(jìn)入a階段，陽離子膜向陽極槽一側(cè)凸起形成波浪狀；陽離子膜在a階段中，擴(kuò)大了陰極槽的容積，而且凸起部位的陽離子膜的移動(dòng)，相當(dāng)于加速了陽極槽一側(cè)的鈉離子的穿過陽離子膜的速度，因此a階段間接地提高了鈉離子的過膜速度。當(dāng)陽離子膜呈波浪狀后，陽離子膜的表面積增大，鈉離子在相同的電驅(qū)動(dòng)力下，在單位時(shí)間內(nèi)可以通過更多的鈉離子進(jìn)入陰極槽一側(cè)；因此，維持陽離子膜波浪狀一段時(shí)間后，陽離子膜靠近陰極槽一側(cè)的鈉離子濃度明顯增高。接著，陽離子膜進(jìn)入b階段，陽離子膜又恢復(fù)平整狀，但是陽離子膜的位置與初始位置相比發(fā)生改變。此時(shí)，陽離子膜更靠近陽極槽，而且由于從波浪狀調(diào)節(jié)呈平整狀是通過控制原本固定的第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)移動(dòng)達(dá)到，因此陽離子膜靠近陰極槽一側(cè)的較高濃度的鈉離子可以更快地在陰極槽內(nèi)擴(kuò)散開。而且，此時(shí)，陽離子膜的表面積又與初始位置的陽離子膜的表面積相同，因此陽離子的過膜通量下降，更有助于陽離子膜靠近陰極槽一側(cè)的鈉離子的擴(kuò)散。維持一段時(shí)間后，進(jìn)入c階段，使得陽離子膜緩慢回到初始位置。從而完成一次循環(huán)。
通過周期性的a階段、b階段和c階段的控制，使得鈉離子的過膜效率得到較大程度的提高，從而提高了廢水的處理效率。
進(jìn)一步的，所述第一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括多個(gè)第一調(diào)節(jié)桿，所述滲析槽的槽底開設(shè)由滑動(dòng)槽，所述第一調(diào)節(jié)桿與滑動(dòng)槽滑動(dòng)配合，所述滑動(dòng)槽內(nèi)設(shè)置有用于控制第一調(diào)節(jié)桿在滑動(dòng)槽內(nèi)移動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)件，所述第一調(diào)節(jié)桿上開設(shè)有用于陽離子膜滑動(dòng)穿設(shè)的第一導(dǎo)向孔；所述第二調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括多個(gè)第二調(diào)節(jié)桿，所述滲析槽的槽底開設(shè)由滑動(dòng)槽，所述第二調(diào)節(jié)桿與滑動(dòng)槽滑動(dòng)配合，所述滑動(dòng)槽內(nèi)設(shè)置有用于控制第二調(diào)節(jié)桿在滑動(dòng)槽內(nèi)移動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)件，所述第二調(diào)節(jié)桿上開設(shè)有用于陽離子膜滑動(dòng)穿設(shè)的第二導(dǎo)向孔；
所述陽離子膜一端與位于滲析槽一側(cè)側(cè)壁上的第二調(diào)節(jié)桿固定相連，所述滲析槽另一側(cè)側(cè)壁上的第二調(diào)節(jié)桿上設(shè)置有用于卷繞陽離子膜的驅(qū)動(dòng)裝置，所述陽離子膜的另一端與驅(qū)動(dòng)裝置相連。
第一調(diào)節(jié)件和第二調(diào)節(jié)件可以分別驅(qū)動(dòng)，而陽離子膜的兩端固定在第二調(diào)節(jié)件的第二調(diào)劑桿上，因此當(dāng)?shù)诙{(diào)節(jié)件停止時(shí)，陽離子膜的位置不會(huì)移動(dòng)。此時(shí)，通過第一調(diào)節(jié)件驅(qū)動(dòng)陽離子膜移動(dòng)，可以使得陽離子膜形成波浪狀，也就是進(jìn)入a階段。而當(dāng)?shù)谝徽{(diào)節(jié)桿移動(dòng)至遠(yuǎn)離初始位置的時(shí)候，控制第一調(diào)節(jié)桿不動(dòng)，第二調(diào)節(jié)桿移動(dòng)，使得陽離子膜進(jìn)入b階段，最終到達(dá)遠(yuǎn)離初始位置的平整狀態(tài)。最后，通過控制第一調(diào)節(jié)桿和第二調(diào)節(jié)桿同時(shí)移動(dòng)，使得陽離子膜回到初始位置。
進(jìn)一步的，所述陽離子膜設(shè)置有多個(gè)。
多個(gè)陽離子膜可以組成多個(gè)滲析槽單元，從而提高鈉離子過濾效率。
進(jìn)一步的，所述陽離子膜靠近所述支撐膜的一側(cè)和遠(yuǎn)離所述支撐膜的一側(cè)均設(shè)置有一層篩網(wǎng)，兩層所述篩網(wǎng)與陽離子膜緊密貼合。
在陽離子膜的兩側(cè)分別設(shè)置一層篩網(wǎng)有助于提高陽離子膜的強(qiáng)度，避免其在被拉力作用時(shí)而容易發(fā)生變形。其次，篩網(wǎng)具有一定的導(dǎo)向作用，可以在陽離子膜切換狀態(tài)的時(shí)候，使溶液對陽離子膜的作用更好地分散在膜表面，不易對膜局部發(fā)生較大的影響。
進(jìn)一步的，所述陽離子膜包括中心交換膜、在中心交換膜兩側(cè)分別依次設(shè)置的篩網(wǎng)層和無紡布層，所述中心交換膜、篩網(wǎng)層和無紡布層通過粘接劑粘結(jié)。
進(jìn)一步的，所述粘接劑包括以下重量分?jǐn)?shù)的組分制備得到：
鹽酸多巴胺30～40份；
緩沖液500～1000份；
過硫酸銨30～40份。
鹽酸多巴胺中含有DOPA（多巴）基團(tuán)，DOPA基團(tuán)對于多種表面都具有粘附性能。DOPA是一種很容易被氧化的基團(tuán)，DOPA氧化后會(huì)生成鄰位二醌，這種結(jié)構(gòu)非常不穩(wěn)定會(huì)和羥基、氨基或巰基上的活潑氫反應(yīng)，也可以與相同結(jié)構(gòu)的鄰位二醌基團(tuán)或者DOPA基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)形成復(fù)雜的化學(xué)鍵合。因此，鹽酸多巴胺可以較好地附著于陽離子交換膜和低電阻無紡布表面，而且多巴胺在氧化自聚合后會(huì)形成聚多巴胺，從而將低電阻無紡布和陽離子交換膜緊密結(jié)合在一起。并且聚多巴胺由于含有較多的羥基和氨基親水性基團(tuán)，因此粘結(jié)劑不會(huì)使得陽離子交換膜發(fā)生通透性不好的問題，反而可以在一定程度上提高陽離子膜的流通效率。
進(jìn)一步的，所述粘接劑中還包括有10～30份的聚乙烯酰胺。
聚丙烯酰胺可以加速聚多巴胺的沉積過程，使得陽離子交換膜和低電阻無紡布之間的粘結(jié)過程更加快速。其次，聚乙烯酰胺與聚多巴胺之間會(huì)發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)，形成聚多巴胺和聚乙烯酰胺交聯(lián)體系，提高粘結(jié)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。而且，聚丙烯酰胺可以降低聚多巴胺自身的聚合過程，使得粘結(jié)區(qū)域更加緊密，使得陽離子交換膜和低電阻無紡布之間的結(jié)合更加牢固。
進(jìn)一步的，所述陽離子膜的制備方法包括以下步驟：
步驟1：準(zhǔn)備中心交換膜、篩網(wǎng)和無紡布；
步驟2：將粘接劑配制成粘接劑溶液，并涂覆在中心交換膜的一側(cè)和其中一張無紡布的一側(cè)，將中心交換膜、篩網(wǎng)和無紡布依次貼合在一起；
步驟3：將中心交換膜已經(jīng)貼合無紡布的一面浸沒在粘接劑稀釋液中，浸泡4～6h，取出沖洗干凈，得到一側(cè)粘接無紡布的中心交換膜；
步驟4：將中心交換膜未粘接無紡布的一側(cè)與另一張無紡布的一側(cè)涂覆粘接劑溶液，并將中心交換膜、篩網(wǎng)和無紡布依次貼合在一起；
步驟5：將中心交換膜與無紡布貼合的一面浸沒在粘接劑稀釋液中，浸泡4～6h，取出沖洗干凈，烘干。
進(jìn)一步的，所述無紡布經(jīng)過預(yù)處理，所述預(yù)處理為將低電阻無紡布浸漬在預(yù)處理液中后1～3h后，烘干；其中預(yù)處理液為0.1～0.5wt%的海藻酸鈉水溶液和與海藻酸鈉水溶液質(zhì)量比為1∶20～50的羧基化多壁碳納米管。
海藻酸鈉浸漬后的低電阻無紡布在烘干后，無紡布的表面的致密度更高，機(jī)械強(qiáng)度更高。而且表面更加平整光滑。低電阻無紡布的復(fù)合大大降低了陽離子膜的電阻率，提高了導(dǎo)電能力，從而提高陽離子膜的陽離子交換能力。
進(jìn)一步的，所述陽離子膜的厚度為100～300um。
綜上所述，本發(fā)明具有以下效果：
1、本發(fā)明中的陽離子膜裝置通過控制陽極膜周期性進(jìn)行a階段、b階段和c階段的變換，使得鈉離子的過膜效率得到大幅度提高，提高了廢水的處理效率。
2、通過無紡布、篩網(wǎng)和中心交換膜配合粘結(jié)劑得到復(fù)合的陽離子膜，提高陽離子交換膜的韌性、強(qiáng)度和導(dǎo)電性，使得鈉離子更加容易通過陽離子膜，提高了離子交換效率。
（發(fā)明人：陳其利）
