[发明专利]一种扩散渗析回收粘胶纤维生产中压榨碱液的后处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化工生产中物料处理的方法，更具体地说，本发明涉及一种扩散渗析回收粘胶纤维生产中压榨碱液的后处理方法，属于粘胶纤维生产技术领域。

背景技术

在化纤行业中的粘胶纤维生产过程，会产生含有高浓度有机物（以半纤维素为主）的碱性液体。如果任其直接排放，将引起严重的环境污染。如果采用中和的方法处理该碱液，将消耗大量的酸，并且造成碱液中形成大量的无机盐，因此对该碱液中的碱进行回收，并使其中的有机物成为可以进行无害化处理的固体物质才是对环境更为友好的处理方式。

粘胶短纤维是存在于天然产物中的纤维素再加工产品，具有吸水保湿、光滑凉爽、透气、抗静电、染色绚丽等特性。其生产过程是以用竹、木、棉、麻等富含纤维素的植物所制得的浆粕为原料，经烧碱浸渍、黄化，并在酸性凝固浴中再生从而获得粘胶纤维产品，在烧碱浸渍、压榨的环节会产生上述碱性液体，该碱性液体叫做压榨碱液，不同于其他行业产生的废碱液，其成分主要为氢氧化钠和半纤维素，目前对该碱液中的碱回收还缺乏有效的手段，尽管在少数领域采用纳滤膜法回收碱，但仍然存在回收率低、运行成本高的缺点。

扩散渗析是利用半透膜或选择透过性离子交换膜，使溶液中的溶质由高浓度一侧通过膜向低浓度一侧迁移的过程，该过程是以浓度差为动力。它主要用于有机和无机电解质的分离和纯化。在环境工程方面，目前主要用于酸﹑碱废液的处理和回收。

19世纪50年代初，英国化学家T.格雷厄姆开始系统地研究溶液的扩散作用，随后又研究了不同溶质通过半透膜(羊皮纸或棉胶等制成的薄膜)的特性，发现一些溶质的分子或离子能通过半透膜的细孔、而较大的胶体粒子则不能通过的现象，格雷厄姆称此现象为渗析。根据这个原理制成的设备称为渗析器，常用于胶体溶液的浓缩以及核酸﹑蛋白质等高分子化合物的提纯。20世纪50年代，出现了以离子交换膜作为隔膜的扩散渗析器。

国内早在1964年就研制出了扩散渗析膜。但由于膜制备工艺的限制，所得到的膜类似均相离子膜的结构，如聚砜季铵阴膜S₂0₃、DF120及过氯乙烯型弱碱性离子交换膜皆为此类膜。

扩散渗析过程中，离子传输的推动力是膜两侧的浓度差，应用唐南（Donnan）平衡的同离子排斥和电中性维持相关理论，实现离子的选择性渗透从而达到分离的目的。该过程分为阳膜扩散渗析（如用于碱的回收）和阴膜扩散渗析（如用于酸的回收）。其中阴膜扩散渗析技术利用阴离子交换膜对氢离子与金属离子的选择透过性不同实现酸与盐的分离，例如将盐酸和氯化铝的混合溶液与水分别置于阴离子交换膜的两侧，由于溶液侧的酸和盐的浓度远高于水侧，酸和盐有向水侧渗透的趋势，但阴离子交换膜具有选择透过性，不会让每种离子以均等的机会通过；首先阴离子膜骨架本身带正电荷，在溶液中具有吸引带负电的水化离子而排斥带正电荷水化离子的特性，故在浓度差的作用下，溶液侧的氯离子被吸引而顺利地透过膜孔道进入水的一侧；同时根据电中性的要求，也会夹带带有正电荷的离子，但由于H⁺的水化半径比较小，电荷较少，而铝离子的水化离子半径较大，又带有高价电荷，因此氢离子会优先通过膜，这样溶液中的酸就会被分离出来进入水侧，此过程中氢离子的通过是扩散渗析的关键。所用离子交换膜需要具备一些合适的性能，比如在酸性溶液中的稳定性，高的氢离子通过率，对金属离子的高排斥率和低的水通过率等。用于碱回收的阳膜扩散渗析过程与其类似。

在国外，扩散渗析回收酸的技术发展较为迅速，其中具有代表性的国家是美国和日本。美国的Exergy工艺公司开发了一种新的在线扩散渗析技术，并已推向工业应用。该工艺采用离子交换膜处理废硫酸，使其循环使用。系统利用流量计和液位计控制，并设计成全自动方式，膜之间设有定位格架，以保持叠片稳定。酸的回收率可达88%，金属截留率达95%，大大减少了送至废水处理系统的渗析液量，从而降低了中和化学品的消耗量，能耗也大大减少。