[發(fā)明專利]液相化學(xué)法制備氧化石墨烯所產(chǎn)生廢酸的資源化方法

有效

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• 申請日: 2016-09-08
• 公開（公告）號: CN106396227B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胥煥巖
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: C02F9/10
• 分類號: C02F9/10;C01B32/184;C01F11/46;C01G45/02
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務(wù)所 23118
• 代理人: 陳曉光

一種液相化學(xué)法制備氧化石墨(烯)所產(chǎn)生廢酸的資源化方法。液相化學(xué)法制備氧化石墨(烯)所產(chǎn)生廢酸的資源化方法，廢酸均化，用耐酸泵將廢酸注入均化池中均化；硫酸根資源化，按廢酸中硫酸根離子的摩爾量加入沉淀劑，攪拌反應(yīng)回收生石膏（CaSO4·2H2O）；錳離子資源化，加入無機(jī)堿調(diào)節(jié)pH值，形成錳的氫氧化物，再加入氧化劑，反應(yīng)形成錳的氧化物，回收錳的氫氧化物或氧化物或二者混合物；經(jīng)分離提純，氯離子資源化，水循環(huán)再利用。石墨烯的制備方法主要分為物理方法和化學(xué)法，物理法主要包括微機(jī)械剝離法、高能球磨法等，此方法產(chǎn)率低，不適于大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明應(yīng)用于氧化石墨(烯)清潔生產(chǎn)與廢酸資源綜合利用領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種液相化學(xué)法制備氧化石墨烯所產(chǎn)生廢酸的資源化方法。

背景技術(shù)：

石墨烯是一種具有二維平面結(jié)構(gòu)的碳納米材料，因其具有特殊的單原子層結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出 許多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在能源、環(huán)境、電子、生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用， 有關(guān)石墨烯的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究已成為當(dāng)前的熱點(diǎn)前沿課題之一。石墨烯的制備方法主要分 為物理方法和化學(xué)法，物理法主要包括微機(jī)械剝離法、高能球磨法等，此方法產(chǎn)率低，不適 于大規(guī)模生產(chǎn)。化學(xué)法主要包括化學(xué)氣相沉積法、晶體外延生長法、氧化還原法。其中，氧化 還原法也稱為液相化學(xué)法，是將石墨用強(qiáng)酸氧化生成氧化石墨(烯)，然后進(jìn)行還原生成石 墨烯。液相化學(xué)法目前應(yīng)用較多的是Hummers 法，是氧化石墨(烯)規(guī)模化生產(chǎn)制備的主要 形式。但是，液相化學(xué)法在生產(chǎn)制備氧化石墨(烯)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢酸，以Hummers 法 為例，每生產(chǎn)1噸氧化石墨(烯)會(huì)產(chǎn)生5-20噸的廢酸液，且含酸量高，對生態(tài)環(huán)境造成不可 逆轉(zhuǎn)的污染問題，因此，嚴(yán)重制約了氧化石墨(烯)的大規(guī)模量產(chǎn)。

環(huán)境污染與資源短缺既是我國實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略優(yōu)先考慮的重大課題，也是21世紀(jì)人類社會(huì)所面臨的重大挑戰(zhàn)。廢酸作為一種重要的環(huán)境污染源，其綜合治理再利用引起了人們的廣泛關(guān)注。目前，廢酸資源化處理技術(shù)主要有直接焙燒法、蒸發(fā)法、膜分離法、萃取法和化學(xué)轉(zhuǎn)化法。這些方法在實(shí)際應(yīng)用過程中各有優(yōu)缺點(diǎn)，單一工藝過程很難滿足實(shí)用要求，尤其是液相化學(xué)法制備氧化石墨(烯)過程中所產(chǎn)生的廢酸液，不僅含酸量高，而且還含有大量的金屬離子，如不對其進(jìn)行妥善的綜合處理，不僅會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且還會(huì)造成資源的極大浪費(fèi)。針對于液相化學(xué)法制備氧化石墨(烯)所產(chǎn)生的廢酸，仍沒有行之有效的資源化綜合處理技術(shù)，在我國尚屬空白。

以Hummers 法為例，液相化學(xué)法制備氧化石墨(烯)過程中所產(chǎn)生廢酸的主要成分是主要成分是水、硫酸、鹽酸、硝酸、錳離子、鉀離子、鈉離子中的幾種。根據(jù)這些組分的物化特性，本發(fā)明開發(fā)了一套簡單易行的組合工藝方法，實(shí)現(xiàn)了廢酸的資源化，回收生石膏和含氯復(fù)合鹽；實(shí)現(xiàn)了錳離子的資源化，回收錳的氫氧化物或氧化物；實(shí)現(xiàn)了水的循環(huán)再利用。該工藝方法回收的產(chǎn)物可以作為電極材料、建筑材料、裝飾材料及其它化工原材料，水可以循環(huán)再利用于氧化石墨(烯)生產(chǎn)線，整個(gè)工藝過程實(shí)現(xiàn)了閉合循環(huán)，符合清潔生產(chǎn)的基本要求。另外，該方法操作簡單、工藝緊湊、易于控制、成本低廉、工藝過程綠色環(huán)保，具有推廣應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種液相化學(xué)法制備氧化石墨(烯)所產(chǎn)生廢酸的資源化方法。

上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種液相化學(xué)法制備氧化石墨(烯)所產(chǎn)生廢酸的資源化方法，其特征在于包括以下工 藝步驟：

（1）廢酸均化：用耐酸泵將廢酸注入均化池中均化；

（2）硫酸根資源化：回收生石膏（CaSO4·2H2O），將均化后的廢酸泵送至反應(yīng)沉淀池A 中，按廢酸中硫酸根離子的摩爾量加入沉淀劑，攪拌反應(yīng)形成生石膏，沉淀，上清液泵送至 反應(yīng)沉淀池B，沉積物泵送至過濾設(shè)備，固液分離，濾液排入反應(yīng)沉淀池B，濾餅干燥后所得 生石膏外銷，用作建筑材料或裝飾材料。