废砂浆回收过程中吸附现象的研究

摘要

全球光伏产业发展迅速，硅片切割是光伏产业链中重要的一环。目前硅片切割普遍采用的是线切割技术，在切割过程中使用的线切割砂浆随着切割的进行会发生物理和化学变化，切割砂浆因不能满足切割要求而成为废砂浆。废砂浆中的碳化硅微粉和聚乙二醇都可以回收再利用，但同时在回收过程中也产生了大量COD较高且难以处理的废水。本文以废砂浆回收过程中废水产生的原因为切入点，通过研究碳化硅以及硅粉对切割液的吸附行为，分析温度、pH等因素对吸附的影响，同时对切割液在活性炭上的吸附进行了实验研究，找出了高COD废水产生的真正原因，并提出了几种低COD排水的废砂浆回收方法。
　　 本文以化学需氧量CODCr作为水溶液中有机物含量的指标，选取回收的碳化硅作为吸附剂，碳化硅的直径为D50=8.0±0.6μm。碳化硅吸附聚乙二醇400的实验结果表明：聚乙二醇400在碳化硅上吸附平衡时间为23 h，吸附等温线属于L型等温线，且符合Freundlich模型，其Freundlich等温式为：qe=0.35ce0.5855，其中等温式参数1/n>0.5，说明聚乙二醇400较难吸附在碳化硅上，这也解释了碳化硅为什么吸附聚乙二醇400的吸附平衡时间较长。温度的升高会降低聚乙二醇400在碳化硅微粉上的吸附量，而随着pH的升高，吸附量也会减小，在碱性时，碳化硅的吸附量较小；温度与pH对吸附的影响作用相比，pH起主导作用，温度的影响甚微。
　　 对于半成品砂碱洗后COD较高的问题，研究发现在切割液含量约为2％时，硅粉对切割液的吸附量为75.67 mg/g，碳化硅的吸附量为0.55 mg/g，硅粉吸附了半成品砂中约76％的切割液成分，半成品砂经过碱洗后，其中的硅粉与碱发生了反应，反应生成H2、H2O和可溶性的Na/SiO3，释放出了吸附在其表面的切割液，使得COD大幅提高，说明在废砂浆回收过程硅粉对切割液的大量吸附是造成废水COD较高的主要原因。
　　 活性炭吸附与硅粉吸附具有一定的相似性，两种吸附剂均为非极性吸附剂，表面性质不单一，表面都有含氧基团的存在，可通过氢键作用吸附聚乙二醇400，吸附量均较大。活性炭吸附聚乙二醇400、二甘醇和乙二醇乙醚均为L型吸附等温线，符合Langmuir吸附模型；温度升高会降低他们的吸附量，且分子中的憎水链越长，吸附量越大。活性炭用量对吸附有较大的影响，活性炭吸附处理100g含1％聚乙二醇400的水溶液，活性炭的投加量分别为35 g和0.5 g，前者对COD的去除率可达到93％，后者只有8.6％，但前者活性炭的吸附量仅为后者的15.5％。
　　 针对废砂浆回收过程中产生的废水COD较高的问题，本文提出了在废砂浆回收工艺中，采用溢流法分离去除半生品砂中的硅颗粒，然后用活性炭吸附处理化学清洗产生的废水，此方法可使废水的COD降低70％左右。