一种废弃芳纶云母纸的绿色高效回收工艺

1.本发明涉及造纸及化工的资源循环技术领域，具体为一种废弃芳纶云母纸的绿色高效回收工艺。


背景技术：

2.随着330kv输电的出现，开启了高压输电的新时代，同时也带来了变压器、套管、电机、发电机等领域绝缘匮乏的问题。上世纪末，国际上输电电压已经达到1000kv，变频设备对绝缘材料的频率耐受也提到了khz，同时轨道交通、风电、航天设备也将电气绝缘的使用条件达到极端，甚至超越了一些聚合物绝缘材料的上限。芳纶云母纸以芳纶纤维为聚合物基体，云母片为无机高绝缘组分，主要用于变频电机、油浸变压器、干式变压器等设备。根据行业报告披露，目前生产芳纶云母纸的公司有烟台民士达特种纸业股份公司、美国杜邦公司等，国内芳纶云母纸产能达到3000吨/年，世界芳纶云母纸产能达到10000吨/年。芳纶云母纸是顺应时代发展而出现的新型耐高温绝缘材料，不仅具有芳纶纸优异的力学性能、突出的热稳定性，而且具备耐电晕、耐老化的优势。
3.然而，随着国内芳纶云母纸的产能增加和用量市场增大，未来我国将会累积产生几十万吨至几百万吨的废弃芳纶云母纸。在应用时，芳纶纤维抗老化、长寿命、耐温、耐化学腐蚀等优异特性，使其在高温环境、低温环境不易被分解，甚至最短的降解周期也高达100年以上，这为芳纶云母纸的回收处理带来了巨大挑战。同时，芳纶云母纸钟混杂的云母鳞片属于高结晶度的矿物组分，普通的机械设备难以实现有效分离。与此同时，现有废弃纸张材料回收处理技术主要针对植物纤维纸张材料，难以满足市场对像芳纶云母纸这样的高性能纤维纸张材料的回收需求。基于此，本发明提出了一种全新的芳纶云母纸回收工艺，为将来可能面临的环境问题提供一种全新的工艺和回收处理参考。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种废弃芳纶云母纸的绿色高效回收工艺。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种废弃芳纶云母纸的绿色高效回收工艺，包括以下步骤：
7.s1，废弃芳纶云母纸的预处理，获得去水芳纶云母纸屑；
8.s2，将去水芳纶云母纸屑加入碱分散试剂/碱/有机体系溶液中溶解，获得混合体系a；
9.s3，对混合体系a利用一次滤网进行一次过滤，获得云母片和芳纶纤维溶液b；
10.s4，在芳纶纤维溶液b中加入置换溶剂进行溶解置换和相分离，获得芳纶纤维悬浮液c；
11.s5，对芳纶纤维悬浮液c利用二次滤网进行二次过滤，获得芳纶纤维凝胶和有机体系/碱分散试剂组成的有机混合体系溶液d；
12.s6，高温蒸馏有机混合体系溶液d，回收有机体系；干燥芳纶纤维凝胶，回收芳纶纤维。
13.优选的，在s1中，所述废弃芳纶云母纸为以间位芳纶纤维为聚合物基体的芳纶云母纸张或纸基材料。
14.优选的，在s1中，所述去水芳纶云母纸屑的大小为2～5cm2。
15.优选的，在s2中，所述碱分散试剂/碱/有机体系溶液的制备过程如下：首先将碱溶解于碱分散试剂中，再加入有机体系搅拌混合，获得碱分散试剂/碱/有机体系溶液；所述碱分散试剂、碱与有机体系之间的配比为1ml：(1～2)g：(300～600)ml。
16.优选的，所述碱分散试剂为水、乙醇溶液和甲醇溶液中的一种或任意组合；所述碱为氢氧化钾固体和氢氧化钠固体中的任意一种或组合；所述有机体系为二甲基亚砜溶液和二甲基酰胺溶液中的任意一种或组合。
17.优选的，所述一次滤网的目数为100～200目；所述二次滤网的目数为400～1000目。
18.优选的，在s4中，所述置换溶剂与芳纶纤维溶液b的体积比为200:100～300:100。
19.优选的，所述置换溶剂为水或乙醇溶液。
20.优选的，在s6中，高温蒸馏时的温度依据s4中置换溶剂进行调整，当置换溶剂为水时，高温蒸馏时的温度为100～105℃；当置换溶剂为乙醇时，高温蒸馏时的温度为75～78℃。
21.优选的，在s6中，所述芳纶纤维凝胶干燥时的干燥温度为60～100℃，干燥时间为4～24h。
22.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
23.本发明一种废弃芳纶云母纸的绿色高效回收工艺包括芳纶云母纸屑的混合体系溶解、云母鳞片的分离、芳纶纤维相分离析出、芳纶纤维过滤分离和有机体系的回收，工艺过程高效、回收率高、分离彻底。
24.针对混杂结构芳纶云母纸性质稳定、耐酸碱等特性，与传统废弃纸张材料水疏解、离心分离杂质回收纤维素有所不同，本发明采用特有的碱分散试剂分碱分散剂/碱/有机体系体系化学溶解策略，先将芳纶云母纸中的芳纶纤维进行溶解，再通过物理过滤对云母片层进行分离，过程高效彻底，解决了传统废纸回收不能处理分离芳纶纤维和云母鳞片的难题。
25.在芳纶纤维的良性溶剂中添加不良溶剂(即置换溶剂)，通过相分离芳纶纤维析出、物理过滤对溶解的芳纶纤维进行了分离，减轻了芳纶纤维对环境所造成的危害，二次过滤分离出的高分子聚合物芳纶纤维凝胶可通过干燥再次回收利用，属于绿色化工和典型的环保工艺。
26.最后，利用有机体系和水的沸点不同进行高温蒸馏，对有机体系进行了回收处理，避免了废弃物对环境造成的二次污染；循环使用有机体系降低了全工艺过程的成本，既具有较强的工业生产便利性和绿色工艺特点，又具有较好的社会经济效益。
附图说明
27.图1为本发明一种废弃芳纶云母纸的绿色高效回收工艺的流程图。
具体实施方式
28.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
29.本发明公开了一种废弃芳纶云母纸的绿色高效回收工艺，参照图1，包括以下步骤：
30.s1，废弃芳纶云母纸的预处理，废弃芳纶云母纸为以对位芳纶纤维、间位芳纶纤维为聚合物基体的纸基材料。
31.预处理包括人工挑选、风干和裁剪，获得尺寸为2～5cm2的去水芳纶云母纸屑。风干为自然风干，风干时间为2～5h。
32.s2，将去水芳纶云母纸屑加入到碱分散试剂/碱/有机体系溶液中溶解，获得混合体系a，其中去水芳纶云母纸屑与碱分散试剂/碱/有机体系溶液的配比为(5～20)g：200ml。
33.其中，碱分散试剂/碱/有机体系溶液的制备过程如下：首先将碱溶解于碱分散试剂中，再加入有机体系搅拌混合，获得碱分散试剂/碱/有机体系溶液。碱分散试剂、碱与有机体系之间的配比为1ml：(1～2)g：(300～600)ml。
34.碱分散试剂为水、乙醇溶液和甲醇溶液中的一种或任意组合；碱为氢氧化钾固体和氢氧化钠固体中的任意一种或组合；有机体系为二甲基亚砜溶液和二甲基酰胺溶液中的任意一种或组合。
35.s3，对混合体系a利用100～200目的一次滤网进行一次过滤，获得云母片和芳纶纤维溶液b。
36.s4，在芳纶纤维溶液b中加入置换溶剂(水或乙醇溶液)进行溶解置换和相分离，获得芳纶纤维悬浮液c，其中置换溶剂与芳纶纤维溶液b的体积比为200:100～300:100。
37.溶解置换的过程中以机械搅拌的方式加快溶解置换的速度，其中搅拌转速为400～1000r/min，搅拌时间为20min～30min。
38.s5，对芳纶纤维悬浮液c利用400～1000目的二次滤网进行二次过滤，获得芳纶纤维凝胶和有机体系/碱分散试剂混合体系溶液。
39.s6，高温蒸馏有机体系/碱分散试剂混合体系溶液，回收有机体系；回收有机体系。当置换溶剂为水时，高温蒸馏时的温度为100～105℃；当置换溶剂为乙醇时，高温蒸馏时的温度为75～78℃。
40.在60～100℃下干燥芳纶纤维凝胶4～24h，回收芳纶纤维。
41.实施例1
42.s1，废弃芳纶云母纸的预处理，风干时间为2h，裁剪获得尺寸约为2cm2的去水芳纶云母纸屑。
43.s2，首先将1g氢氧化钾溶解于1ml水中，再加入300m l二甲基亚砜溶液搅拌混合30min，获得水/氢氧化钾/二甲基亚砜体系溶液。
44.将5g去水芳纶云母纸屑加入水/氢氧化钾/二甲基亚砜体系溶液中溶解，获得混合体系a。
45.s3，对混合体系a利用100目的一次滤网进行一次过滤，获得云母片和芳纶纤维溶液b。
46.s4，在芳纶纤维溶液b中加入水进行溶剂置换，其中水与芳纶纤维溶液b量的体积
比为200:100，获得芳纶纤维悬浮液c。
47.溶解置换的过程中以机械搅拌的方式加快溶解置换的速度，其中搅拌转速为400r/min，搅拌时间为20min。
48.s5，对芳纶纤维悬浮液c利用400目的二次滤网进行二次过滤，获得芳纶纤维凝胶和二甲基亚砜/水混合体系溶液。
49.s6，在100℃下高温蒸馏二甲基亚砜/水混合体系溶液，回收二甲基亚砜溶液；回收有机体系；干燥芳纶纤维凝胶，回收芳纶纤维。
50.本实施例1可实现97％以上芳纶纤维、99％的云母片回收以及90.5％的有机体系的回收。
51.实施例2
52.s1，废弃芳纶云母纸的预处理，风干时间为3h，裁剪获得尺寸约为3cm2的去水芳纶云母纸屑。
53.s2，首先将2g氢氧化钾溶解于1ml水中，再加入400m l二甲基亚砜溶液搅拌混合40min，获得水/氢氧化钾/二甲基亚砜体系溶液。
54.再将5g去水芳纶云母纸屑加入水/氢氧化钾/二甲基酰胺体系溶液中溶解，获得混合体系a。
55.s3，对混合体系a利用200目的一次滤网进行一次过滤，获得云母片和芳纶纤维溶液b。
56.s4，在芳纶纤维溶液b中加入乙醇进行溶解置换，其中乙醇与芳纶纤维溶液b量的体积比为300:100，获得芳纶纤维悬浮液c。
57.溶解置换的过程中以机械搅拌的方式加快溶解置换的速度，其中搅拌转速为600r/min，搅拌时间为25min。
58.s5，对芳纶纤维悬浮液c利用700目的二次滤网进行二次过滤，获得芳纶纤维凝胶和二甲基酰胺/水混合体系溶液。
59.s6，在78℃下高温蒸馏二甲基酰胺/水混合体系溶液，回收二甲基酰胺溶液。
60.本实施例2可实现97％以上芳纶纤维、99％的云母片以及91.7％的有机体系的回收。
61.实施例3
62.s1，废弃芳纶云母纸的预处理，风干时间为5h，裁剪获得尺寸约为5cm2的去水芳纶云母纸屑。
63.s2，首先将2g氢氧化钾溶解于1ml水中，再加入400m l二甲基亚砜溶液搅拌混合60min，获得水/氢氧化钾/二甲基亚砜体系溶液。
64.再将5g去水芳纶云母纸屑加入水/氢氧化钾/二甲基亚砜体系溶液中溶解，获得混合体系a。
65.s3，对混合体系a利用200目的一次滤网进行一次过滤，获得云母片和芳纶纤维溶液b。
66.s4，在芳纶纤维溶液b中加入水进行溶解置换，其中水与芳纶纤维溶液b量的体积比为300:100，获得芳纶纤维悬浮液c。
67.溶解置换的过程中以机械搅拌的方式加快溶解置换的速度，其中搅拌转速为
1000r/min，搅拌时间为30min。
68.s5，对芳纶纤维悬浮液c利用1000目的二次滤网进行二次过滤，获得芳纶纤维凝胶和二甲基亚砜/水混合体系溶液。
69.s6，在105℃下高温蒸馏二甲基亚砜/水混合体系溶液，回收二甲基亚砜溶液。
70.本实施例3可实现97％以上芳纶纤维、99％的云母片以及92.3％的有机体系的回收。
71.实施例4
72.s1，废弃芳纶云母纸的预处理，风干时间为3h，裁剪获得尺寸约为2cm2的去水芳纶云母纸屑。
73.s2，首先将1g氢氧化钾溶解于1ml水中，再加入300m l二甲基亚砜溶液搅拌混合30min，获得水/氢氧化钾/二甲基亚砜体系溶液。
74.将10g去水芳纶云母纸屑加入水/氢氧化钾/二甲基亚砜体系溶液中溶解，获得混合体系a。
75.s3，对混合体系a利用100目的一次滤网进行一次过滤，获得云母片和芳纶纤维溶液b。
76.s4，在芳纶纤维溶液b中加入水进行溶剂置换，其中水与芳纶纤维溶液b量的体积比为200:100，获得芳纶纤维悬浮液c。
77.溶解置换的过程中以机械搅拌的方式加快溶解置换的速度，其中搅拌转速为400r/min，搅拌时间为20min。
78.s5，对芳纶纤维悬浮液c利用400目的二次滤网进行二次过滤，获得芳纶纤维凝胶和二甲基亚砜/水混合体系溶液。
79.s6，在102℃下高温蒸馏二甲基亚砜/水混合体系溶液，回收二甲基亚砜溶液；回收有机体系；干燥芳纶纤维凝胶，回收芳纶纤维。
80.本实施例4可实现95％以上芳纶纤维、99％的云母片回收以及90.7％的有机体系的回收。
81.实施例5
82.s1，废弃芳纶云母纸的预处理，风干时间为4h，裁剪获得2cm2的去水芳纶云母纸屑。
83.s2，首先将1g氢氧化钾溶解于1ml水中，再加入300m l二甲基亚砜溶液搅拌混合30min，获得水/氢氧化钾/二甲基亚砜体系溶液。
84.将20g去水芳纶云母纸屑加入水/氢氧化钾/二甲基亚砜体系溶液中溶解，获得混合体系a。
85.s3，对混合体系a利用100目的一次滤网进行一次过滤，获得云母片和芳纶纤维溶液b。
86.s4，在芳纶纤维溶液b中加入水进行溶剂置换，其中水与芳纶纤维溶液b量的体积比为200:100，获得芳纶纤维悬浮液c。
87.溶解置换的过程中以机械搅拌的方式加快溶解置换的速度，其中搅拌转速为400r/min，搅拌时间为20min。
88.s5，对芳纶纤维悬浮液c利用400目的二次滤网进行二次过滤，获得芳纶纤维凝胶
和二甲基亚砜/水混合体系溶液。
89.s6，在103℃下高温蒸馏二甲基亚砜/水混合体系溶液，回收二甲基亚砜溶液；回收有机体系；干燥芳纶纤维凝胶，回收芳纶纤维。
90.本实施例5可实现93％以上芳纶纤维、98％的云母片回收以及91.2％的有机体系的回收。
91.参照表1，表1为药品回收情况列表，本发明一种废弃芳纶云母纸的绿色高效回收工艺过程环保、平稳、可操作性强，具有良好的社会经济效益和环保价值。
92.表1药品回收情况列表
93.