專利名稱：極性纖維過(guò)濾器、耐高溫陰離子交換樹脂及精除高溫廢水全硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水凈化裝置領(lǐng)域，以及陰離子交換樹脂的制備方法和高溫廢水脫硅方法領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著環(huán)保節(jié)能意識(shí)的提高，人們?cè)絹?lái)越傾向于直接在高溫環(huán)境中處理高溫凝結(jié)水等工業(yè)高溫廢水，經(jīng)過(guò)高純處理的熱水可直接作為鍋爐補(bǔ)給水或采暖用水等。這樣不僅可以減少降溫?fù)Q熱設(shè)備的投入，還能通過(guò)利用水中的熱能來(lái)節(jié)約大量標(biāo)準(zhǔn)煤。但是高溫廢水中通常含有硅，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的沉積后會(huì)在鍋爐內(nèi)壁、閥門及彎頭等處形成硅垢，嚴(yán)重影響設(shè)備的壽命與安全。所以，如何在高溫環(huán)境下直接高純脫除廢水中的硅，就成了亟待解決的問(wèn)題。水中的所有的硅被稱為“全硅”，它是由活性硅和非活性硅共同組成的?；钚怨?或稱反應(yīng)性硅)是二氧化硅溶解于水所形成的硅酸，因此也稱溶解硅。硅酸能用通常的鉬黃或鉬藍(lán)比色而測(cè)得，可通過(guò)強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂將其除去。非活性硅(或稱非反應(yīng)性硅) 是與鉬酸鹽試劑不起反應(yīng)的那部分二氧化硅，用常規(guī)檢測(cè)法是測(cè)不出來(lái)的，它是由全硅(用重量法或氫氟轉(zhuǎn)化后測(cè)得)減去反應(yīng)硅求得的，用離子交換或其他純水法都只能除去一部分。在非活性硅中，能通過(guò)0. 45 μ m的濾膜，但不能直接與鉬酸銨發(fā)生反應(yīng)的硅化合物，稱為“膠體硅”；不能通過(guò)0. 45 μ m的濾膜，也不能與鉬酸銨直接發(fā)生反應(yīng)的硅，稱為“惰性硅”。膠硅粒徑較小，為10_9 10_6m，接近離子直徑(< 10_9m)。在化學(xué)水處理過(guò)程中，離子交換樹脂只能去除水中的可溶性離子，比如可溶性的硅酸鹽及其他可溶性鹽類在離子交換系統(tǒng)中可以絕大部分地去除。但膠硅一般由單分子的正硅酸聚合而成，在水中比較穩(wěn)定， 離子交換樹脂無(wú)法與其進(jìn)行離子交換將其去除。雖然含膠硅的水通過(guò)離子交換系統(tǒng)時(shí)，膠硅含量會(huì)有所降低，但這只是通過(guò)樹脂的機(jī)械過(guò)濾及吸附作用將其部分去除(此時(shí)會(huì)大大加重陰離子交換樹脂的負(fù)擔(dān)，使其清洗再生頻繁，而且如果再生條件不當(dāng)，就會(huì)使樹脂被膠硅污染)，而大部分比較順利地通過(guò)陽(yáng)床、陰床和混床。而膠體硅，往往隨著條件的變化而變化。當(dāng)水中含二氧化碳較多PH值和溫度較低時(shí)，活性硅便會(huì)析出，并進(jìn)一步聚合成膠體多硅酸；當(dāng)水的PH值和溫度較高時(shí)，膠體硅又會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚怨?br> 目前人們脫除水中的活性硅都是采用離子交換的手段，但目前應(yīng)用的陰離子交換樹脂普遍存在耐溫較低的缺點(diǎn)，在60°C以上的環(huán)境中會(huì)立即失效、分解，所以，提高離子交換樹脂的高溫耐受力，也成為處理高溫廢水中硅雜質(zhì)的一個(gè)難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服水中膠體硅不易去除以及陰離子交換樹脂耐溫偏低的不足，提出包括極性纖維過(guò)濾器、耐高溫陰離子交換樹脂及精除高溫廢水全硅的方法的一整套高溫廢水脫硅技術(shù)。其不僅能夠去除水中全硅，還能提高陰離子交換樹脂的耐溫性。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案包括
(一)極性纖維過(guò)濾器是由CO2曝氣裝置、耐壓密封容器、漸進(jìn)式極性纖維過(guò)濾層、減壓抽濾裝置共同組成，其中漸進(jìn)式極性纖維過(guò)濾層由極性纖維壓制而成。極性纖維是按下述方法制得
(1)在室溫下，將粘膠基活性炭纖維氈裁剪成塊狀，浸泡在質(zhì)量濃度為20 30%的過(guò)氧化氫溶液中1 2個(gè)小時(shí)后，取出晾干；
(2)將晾干后的活性炭纖維氈置于高溫活化爐中，在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下以100°C/h的速度緩慢升溫至300-350攝氏度后恒溫，通入氯氣活化10-30min ；
(3)活化完畢后關(guān)閉氯氣，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下自然冷卻至常溫，即得所需極性纖維。(二)耐高溫陰離子交換樹脂的制備方法是
(1)取一定體積強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂置于高壓反應(yīng)器中，向高壓反應(yīng)器中加入飽和 NaCl溶液，加入量是強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂體積的1 4倍，浸泡15 20小時(shí)后排出溶液，然后用去離子水洗至流出液澄清；
(2)向高壓反應(yīng)器中加入四氫呋喃或二氯甲烷作為溶劑，加入量是高壓反應(yīng)器內(nèi)樹脂體積的2 3倍，浸泡2 3小時(shí)后，抽濾出溶劑；
(3)向高壓反應(yīng)器中加入三乙胺，加入量是高壓反應(yīng)器內(nèi)樹脂體積的2 3倍，攪拌 1 3分鐘后密封加熱至90-100°C，反應(yīng)8 15小時(shí)；
(4)反應(yīng)完畢后將高壓反應(yīng)器內(nèi)樹脂濾凈，以溫度40 50°C的乙醇和溫度40 50°C 的去離子水交叉洗滌2 5次；
(5)向高壓反應(yīng)器中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 10%的HCl溶液，加入量是高壓反應(yīng)器內(nèi)樹脂體積的1 4倍，浸泡4 10小時(shí)，排空酸液后，用去離子水反復(fù)沖洗至中性；
(6)向高壓反應(yīng)器中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 10%的NaOH溶液，加入量是高壓反應(yīng)器內(nèi)樹脂體積的1 4倍，浸泡4 10小時(shí)，排出堿液后，用去離子水反復(fù)沖洗至中性，即得耐高溫陰離子交換樹脂。(三)利用前述(一)極性纖維過(guò)濾器和(二)耐高溫陰離子交換樹脂制備方法制備的耐高溫陰離子交換樹脂共同進(jìn)行的精除高溫廢水全硅的方法是將高溫廢水通入減壓曝氣凝聚極性纖維過(guò)濾器，在進(jìn)口處向廢水中通入足量CO2;開啟減壓抽濾裝置，將容器內(nèi)壓力降至0 0. 5Mpa,使水中活性硅部分轉(zhuǎn)化為非活性硅，并除去水中的非活性硅；再將高溫廢水通入裝有耐高溫陰離子交換樹脂的離子交換器，脫除水中的活性硅。本發(fā)明的技術(shù)應(yīng)用于高溫廢水脫硅的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在首先，高溫廢水在通入極性纖維過(guò)濾器時(shí)被通入大量CO2,以降低高溫廢水的pH值，然后通過(guò)極性纖維過(guò)濾層。減壓裝置能夠降低過(guò)濾層孔隙內(nèi)高溫廢水的壓力，由于PH值的降低和壓力的減小，打破了高溫廢水中活性硅和非活性硅的化學(xué)平衡，使水中的活性硅向膠體硅部分轉(zhuǎn)化。過(guò)濾層所采用的極性纖維表面通過(guò)把發(fā)明處理后含有大量的極性官能團(tuán)和酸性官能團(tuán)，不僅能調(diào)節(jié)高溫廢水的PH值，對(duì)含有極性鍵的SiO2更有針對(duì)性的吸附能力。極性纖維濾層在過(guò)濾時(shí)處于漸進(jìn)壓實(shí)狀態(tài)，濾層沿水流方向形成逐漸減小的過(guò)濾孔隙，濾層內(nèi)部存在著同向絮凝作用， 當(dāng)高溫廢水通過(guò)濾層時(shí)，是以紊流狀態(tài)流過(guò)，該狀態(tài)能產(chǎn)生水流的速度梯度，使脫穩(wěn)的膠體顆粒相互碰撞而凝聚為較大的顆粒，進(jìn)而同惰性硅一起被濾層脫除掉。其次，通過(guò)本發(fā)明的陰離子樹脂耐高溫轉(zhuǎn)化技術(shù)，制備出耐高溫陰離子交換樹脂脫除水中剩余的活性硅，解決了傳統(tǒng)強(qiáng)堿型陰離子樹脂在60°C以上即會(huì)失效、分解等問(wèn)題。本發(fā)明的有益效果是
1.在國(guó)內(nèi)首次制成了減壓曝氣凝聚的極性纖維過(guò)濾器，能夠改變高溫廢水中活性硅和膠體硅的動(dòng)平衡，將水中的活性硅部分轉(zhuǎn)化為膠體硅，并通過(guò)極性纖維過(guò)濾層脫除水中非活性硅。2.通過(guò)陰離子樹脂耐溫轉(zhuǎn)化技術(shù)制得耐高溫陰離子交換樹脂，能夠在90 100°C 下工作，解決了傳統(tǒng)強(qiáng)堿型陰離子樹脂在60°C以上即會(huì)失效、分解等問(wèn)題。3.能夠在不損失熱能的前提下處理高溫廢水，特別適合高溫凝結(jié)水、鍋爐補(bǔ)給水的深度除硅。4.處理精度高，能將高溫廢水中的全硅含量處理到ppb級(jí)別 10 μ g/L)。5.設(shè)備簡(jiǎn)單成熟，易于再生和維護(hù)，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。


附圖是本發(fā)明極性纖維過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述 實(shí)施例1，極性纖維過(guò)濾器。參照附圖，極性纖維過(guò)濾器由CO2曝氣裝置1、耐壓密封容器2、容漸進(jìn)式極性纖維過(guò)濾層3、減壓抽濾裝置共同組成。其中漸進(jìn)式極性纖維過(guò)濾層由極性纖維壓制而成。這里的極性纖維由粘膠基活性炭纖維在極性氧化劑(如次氯酸鹽、重鉻酸鹽、硝酸、過(guò)氧化氫、臭氧)的活化下制得。本發(fā)明中優(yōu)選極性纖維的制備方法是
(1)在室溫下，將粘膠基活性炭纖維氈裁剪成合適大小，浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的過(guò)氧化氫溶液中2個(gè)小時(shí)后，取出晾干；
(2)將晾干后的活性炭纖維氈置于高溫活化爐中，在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下以100°C/h的速度緩慢升溫至300攝氏度后恒溫，通入氯氣活化30min ；
(3)活化完畢后關(guān)閉氯氣，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下自然冷卻至常溫，即得所需極性纖維。實(shí)施例2，一種耐高溫陰離子交換樹脂的制備方法是
(1)取IL強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂(201X7MB型號(hào)，GB13660-92DL519-93 SH2605. 06-97)置于高壓反應(yīng)器中，向高壓反應(yīng)器中加入2L的飽和NaCl溶液，浸泡18小時(shí)后倒出溶液，然后用去離子水洗至流出液澄清；
(2)向高壓反應(yīng)器中加入2L的四氫呋喃，浸泡2小時(shí)，抽出四氫呋喃；
(3)向高壓反應(yīng)器中加入2L的三乙胺，攪拌2分鐘后密封加熱至100°C，反應(yīng)10小時(shí)；
(4)反應(yīng)完畢后將樹脂濾凈，以40°C的乙醇和40°C的去離子水交叉洗滌3次；
(5)向高壓反應(yīng)器中加入2L的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%HC1溶液，浸泡8小時(shí)，排空酸液后，用去離子水反復(fù)沖洗洗至中性；
(6)向高壓反應(yīng)器中加入2L的質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%NaOH溶液，浸泡8小時(shí)，排空堿液后，用去離子水反復(fù)沖洗洗至中性，即得耐高溫陰離子交換樹脂。實(shí)施例3，另一種耐高溫陰離子交換樹脂的制備方法是
(1)取IL強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂(201X7MB型號(hào)，GB13660-92DL519-93 SH2605. 06-97)置于高壓反應(yīng)器中，向高壓反應(yīng)器中加入3L的飽和NaCl溶液，浸泡15小時(shí)后倒出溶液，然后用去離子水洗至流出液澄清；
(2)向高壓反應(yīng)器中加入2.5L的二氯甲烷，浸泡2. 5小時(shí)，抽出二氯甲烷；
(3)向高壓反應(yīng)器中加入3L的三乙胺，攪拌2.5分鐘后密封加熱至95°C，反應(yīng)12小
時(shí)；
(4)反應(yīng)完畢后將樹脂濾凈，以45°C的乙醇和50°C的去離子水交叉洗滌3次；
(5)向高壓反應(yīng)器中加入4L質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的HCl溶液，浸泡6小時(shí)，排空酸液后，用去離子水反復(fù)沖洗洗至中性；
(6)向高壓反應(yīng)器中加入4L的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%Na0H溶液，浸泡6.5小時(shí)，排空堿液后，用去離子水反復(fù)沖洗洗至中性，即得耐高溫陰離子交換樹脂。實(shí)施例4，利用實(shí)施例1極性纖維過(guò)濾器和實(shí)施例2或3制備的耐高溫陰離子交換樹脂共同進(jìn)行精除高溫廢水全硅的方法(即用于高溫凝結(jié)水、鍋爐補(bǔ)給水及高純水處理等高溫廢水中全硅的脫除)
高溫廢水通入減壓曝氣凝聚極性纖維過(guò)濾器，在進(jìn)口處向廢水中通入足量CO2;開啟減壓抽濾裝置，將容器內(nèi)壓力降至0. IMpa，使水中活性硅部分轉(zhuǎn)化為非活性硅，并除去水中的非活性硅；再將高溫廢水通入裝有耐高溫陰離子交換樹脂的混床，脫除水中的活性硅。典型應(yīng)用實(shí)施例5 北京某公司的鍋爐進(jìn)水處理裝置，在使用了上述技術(shù)后，裝置處理的鍋爐進(jìn)水處理前后的全硅含量某日全天監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(監(jiān)測(cè)每8小時(shí)一次)
權(quán)利要求
1.一種極性纖維過(guò)濾器，其特征是由CO2曝氣裝置、耐壓密封容器、漸進(jìn)式極性纖維過(guò)濾層、減壓抽濾裝置共同組成，其中漸進(jìn)式極性纖維過(guò)濾層由極性纖維壓制而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極性纖維過(guò)濾器，其特征是極性纖維是按下述方法制得(1)在室溫下，將粘膠基活性炭纖維氈裁剪成塊狀，浸泡在質(zhì)量濃度為20 30%的過(guò)氧化氫溶液中1 2個(gè)小時(shí)后，取出晾干；(2)將晾干后的活性炭纖維氈置于高溫活化爐中，在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下以100°C/h的速度緩慢升溫至300-350攝氏度后恒溫，通入氯氣活化10-30min ；(3)活化完畢后關(guān)閉氯氣，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下自然冷卻至常溫，即得所需極性纖維。
3.一種耐高溫陰離子交換樹脂的制備方法，其特征是(1)取一定體積強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂置于高壓反應(yīng)器中，向高壓反應(yīng)器中加入飽和 NaCl溶液，加入量是強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂體積的1 4倍，浸泡15 20小時(shí)后排出溶液，然后用去離子水洗至流出液澄清；(2)向高壓反應(yīng)器中加入四氫呋喃或二氯甲烷作為溶劑，加入量是高壓反應(yīng)器內(nèi)樹脂體積的2 3倍，浸泡2 3小時(shí)后，抽濾出溶劑；(3)向高壓反應(yīng)器中加入三乙胺，加入量是高壓反應(yīng)器內(nèi)樹脂體積的2 3倍，攪拌 1 3分鐘后密封加熱至90-100°C，反應(yīng)8 15小時(shí)；(4)反應(yīng)完畢后將高壓反應(yīng)器內(nèi)樹脂濾凈，以溫度40 50°C的乙醇和溫度40 50°C 的去離子水交叉洗滌2 5次；(5)向高壓反應(yīng)器中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 10%的HCl溶液，加入量是高壓反應(yīng)器內(nèi)樹脂體積的1 4倍，浸泡4 10小時(shí)，排空酸液后，用去離子水反復(fù)沖洗至中性；(6)向高壓反應(yīng)器中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 10%的NaOH溶液，加入量是高壓反應(yīng)器內(nèi)樹脂體積的1 4倍，浸泡4 10小時(shí)，排出堿液后，用去離子水反復(fù)沖洗至中性，即得耐高溫陰離子交換樹脂。
4.利用權(quán)利要求1或2所述的極性纖維過(guò)濾器和權(quán)利要求3所述的耐高溫陰離子交換樹脂制備方法制備的耐高溫陰離子交換樹脂共同進(jìn)行的精除高溫廢水全硅的方法，其特征是將高溫廢水通入減壓曝氣凝聚極性纖維過(guò)濾器，在進(jìn)口處向廢水中通入足量CO2 ；開啟減壓抽濾裝置，將容器內(nèi)壓力降至0 0. 5Mpa，使水中活性硅部分轉(zhuǎn)化為非活性硅，并除去水中的非活性硅；再將高溫廢水通入裝有耐高溫陰離子交換樹脂的離子交換器，脫除水中的活性硅。
全文摘要
本發(fā)明涉及極性纖維過(guò)濾器、耐高溫陰離子交換樹脂及精除高溫廢水全硅的方法。其方案中，極性纖維過(guò)濾器由CO2曝氣裝置、耐壓密封容器、漸進(jìn)式極性纖維過(guò)濾層、減壓抽濾裝置共同組成，其中漸進(jìn)式極性纖維過(guò)濾層由極性纖維壓制而成。耐高溫陰離子交換樹脂的制備方法是將強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂置于高壓反應(yīng)器中，經(jīng)過(guò)添加不同的溶液及特定的條件下制得耐高溫陰離子交換樹脂。在此基礎(chǔ)上將高溫廢水通入極性纖維過(guò)濾器，在進(jìn)口處向廢水中通入足量CO2，將容器內(nèi)壓力降至0～0.5Mpa，除去水中的非活性硅；再將高溫廢水通入裝有耐高溫陰離子交換樹脂的離子交換器，脫除水中的活性硅。本發(fā)明具有脫硅精度高，為高溫廢水工業(yè)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)B01J41/12GK102309874SQ20111020387
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者張培, 楊哲 申請(qǐng)人:楊哲