[发明专利]一种氧化石墨烯生产中废液资源化利用的处理方法

说明书

本发明为一种氧化石墨烯生产中废液资源化利用的处理方法，包括：(1)废水进行预处理，得废水A；(2)将废水A进行蒸发结晶处理，过滤，得晶体、冷凝水Ⅰ和废水B；将晶体洗涤、干燥，得硫酸锰晶体；(3)将废水B真空蒸馏浓缩，得冷凝水Ⅱ和回收酸；冷凝水Ⅰ、冷凝水Ⅱ、回收酸返回至生产工艺中循环再利用。本发明所述的一种氧化石墨烯生产中废液资源化利用的处理方法，利用硫酸锰在硫酸中的溶解度特性，采用蒸发结晶工艺去除晶体，得硫酸锰；分离过程中所获取的废水浓缩制备成品酸，将成品酸以及蒸发过程中产生的冷凝水返回至生产流程中重复使用，实现氧化石墨烯生产废水的零排放和高效回收利用。

技术领域

本发明属于氧化石墨烯生产废水处理领域，具体涉及一种氧化石墨烯生产中废液资源化利用的处理方法。

背景技术

氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。其大量的含氧官能团使碳层带负电荷，带正电荷的阳离子很容易进入层间，并把层间距撑大，为聚合物和无机纳米粒子的负载提供了有利条件。对氧化石墨烯表面进行改性所得的氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料，它们都显示出优越的性能，具有广泛的应用前景。

氧化石墨烯的制备方法主要有Brodie、Staudemnaier和Hummers三种方法，它们都是用无机强质子酸(如浓硫酸、发烟硝酸或它们的混合物)处理原始石墨，将强酸小分子插入石墨层间，再用强氧化剂(如KMnO₄等)对其进行氧化。在该反应过程中需要用到过量的KMn0₄及浓硫酸，反应结束后产生大量锰离子及强酸的废液。如果直接将这种废液排入环境，由于含有大量锰离子及强酸，不仅对环境的危害极大，同时也浪费了大量的锰资源。

目前对于氧化石墨烯生产中废水的处理工艺较少，国内外处理石墨(烯)废液的方法主要有浓缩法和中和法。浓缩法是通过对石墨(烯)废液进行不断高温蒸馏，实现酸水分离，浓缩得到高浓度的硫酸。在浓缩过程中，Mn²⁺往往以渣滓的形式被排出，后处理难度大；酸碱中和方法不能有效回收石墨(烯)废液中的硫酸，且中和法在处置废酸的过程中需要消耗大量的碱，同时还会产生一定量的盐和大量的废水，这些后续物质的处置仍然需要消耗大量的人力物力，并有造成二次污染的隐患。

现有技术CN104085861A公开了了一种从石墨烯含酸废水中回收硫酸的装置，并简单提及从石墨烯废水中提纯硫酸工艺，最终达到了浓缩硫酸的目的。但是该发明仅仅提供了一种从石墨烯含酸废水中回收硫酸的装置及配套工艺，对于氧化石墨烯废液的处理方式、工艺及配套设备并未提及，此外，对于废液中Mn²⁺的处理方法及是否资源化利用，尚未涉及。

现有技术二CN105330060A公开了一种石墨烯废水处理和回用系统及其处理、回用工艺。该发明将生产废水经过预处理后，进入调节池，通过投加石灰乳调节pH至9，石灰乳与石墨烯废水中的草酸、铁离子等进行反应，生成沉淀物；PAM絮凝剂的投加，加速废水中絮状物的生成；泥水分离后，废水依次经过过滤器、超滤、反渗透装置得到回水。该发明主要采取酸碱中和、沉淀处理的方式去除废水中金属离子；通过膜处理工艺，实现废水回用。因此，该发明在处理废水过程中会加入大量的石灰乳，由此产生大量的污泥，后处理费用较高；此外，膜处理技术的应用，一次性投资成本及后期运行、维护费用较高。

现有技术三CN106986389A公开了一种利用氧化石墨生产过程废硫酸制备硫酸锰的方法，通过向废硫酸中缓慢加入锰源材料(锰单质、锰的各价态化合物或锰矿石粉)，调节溶液的pH值为4-5，趁热过滤，滤液采用减压蒸馏方式加热，滤液中析出硫酸锰晶体，将晶体取出、烘干，得到硫酸锰产品。但是该发明在原有锰离子的基础上引入锰源材料合成硫酸锰，工艺复杂，进一步增加了废水处理成本。