一種利用晶硅太陽能電池清洗廢液制備氣凝膠的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用晶硅太陽能電池清洗廢液制備氣凝膠的方法，包括：收集晶硅太陽能電池制備過程中前清洗和后清洗工序的廢酸液，靜置沉淀，取上清液，在攪拌條件下向上清液中加入水玻璃，直到混合溶液的pH值為4?5；靜置30min?60min至自動(dòng)生成凝膠，然后在50℃?80℃使凝膠老化12h以上，將老化后的凝膠依次經(jīng)醇化和疏水改性后干燥，得到氣凝膠。本發(fā)明方法反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單，變廢液為原材料，既生產(chǎn)了氣凝膠，又處理了污水排放，一舉兩得，同時(shí)還增加了經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)了環(huán)境，大大降低了氣凝膠的生產(chǎn)成本，得到的氣凝膠品質(zhì)優(yōu)良。
【專利說明】
-種利用晶括太陽能電池清洗廢液制備氣凝膠的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及晶娃太陽能電池清洗廢液的回收利用領(lǐng)域，具體設(shè)及一種利用晶娃太 陽能電池清洗廢液制備氣凝膠的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多晶娃太陽能電池制備過程中的清洗工序分為前清洗和后清洗工序(簡(jiǎn)稱:前清 洗和后清洗或者前后清洗），前清洗的目的是制絨，后清洗的目的是刻蝕PN節(jié)邊緣。前后清 洗的主要藥液（即酸液)是HN化和HF的混合溶液，用于對(duì)表面娃片進(jìn)行腐蝕。在生產(chǎn)的過程 中，前后清洗酸槽藥液的添加，分為初次配液和生產(chǎn)過程中的自動(dòng)補(bǔ)加。其中，自動(dòng)補(bǔ)加的 藥液一旦多出機(jī)臺(tái)的設(shè)定值，就會(huì)把酸槽槽體內(nèi)多余的酸液當(dāng)作廢液排掉。目前湖北天合 的清洗機(jī)臺(tái)為捷佳創(chuàng)，前后清洗因?yàn)樗幰貉a(bǔ)償?shù)脑?，制絨槽或刻蝕槽每天要排出20化- 30化的廢酸液。按照前清洗5臺(tái)設(shè)備，后清洗5臺(tái)設(shè)備，每天排出2000k3000L的廢酸液。并 且，在正常生產(chǎn)過程中，藥液壽命到期時(shí)，還需要全面更換機(jī)臺(tái)藥液，也會(huì)排出大量廢酸液， 理論計(jì)算表明，清洗酸液的利用率僅為10%-20%。
[0003] 多晶娃太陽能電池制備過程中，前后清洗排出的大量廢酸液中的主要成分為HN03 和HF酸，處理運(yùn)兩種混合酸的廢酸液，需要花費(fèi)巨大的成本，并且?guī)憝h(huán)境污染。如能將其 很好的回收利用，不僅可W節(jié)約成本還可W減少環(huán)境污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種利用晶娃太陽能電池清洗廢液制備氣凝膠的方法，能將晶娃太 陽能電池制備過程中前清洗和后清洗工序的廢酸液很好的回收利用，不僅可W節(jié)約成本還 可W減少環(huán)境污染。
[0005] 氣凝膠是一種超級(jí)納米介空材料，是目前已知的導(dǎo)熱系數(shù)最低的固體材料，被譽(yù) 為是可W改變21世紀(jì)的新材料，可作為超級(jí)納米保溫材料。
[0006] 本發(fā)明發(fā)現(xiàn)：晶娃太陽能電池制備過程中前清洗和后清洗工序的廢酸液中，主要 的成分為HN03、HF和也SiFs，雜質(zhì)主要是W娃酸根為主，能夠與現(xiàn)有W單純水玻璃為原料生 產(chǎn)氣凝膠的方法完美結(jié)合制備氣凝膠，變廢液為原材料，既生產(chǎn)了氣凝膠，又處理了污水排 放，一舉兩得，同時(shí)還增加了經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)了環(huán)境。
[0007] -種利用晶娃太陽能電池清洗廢液制備氣凝膠的方法，包括步驟：
[000引收集晶娃太陽能電池制備過程中前清洗和后清洗工序的廢酸液，靜置沉淀，取上 清液，在攬拌條件下向上清液中加入水玻璃，直到混合溶液的pH值為4-5;靜置30min-60min 至自動(dòng)生成凝膠，然后在50°C-8(rC使凝膠老化12h W上，將老化后的凝膠依次經(jīng)醇化和疏 水改性后干燥，得到氣凝膠。
[0009]所述晶娃太陽能電池制備過程中前清洗和后清洗工序的廢酸液，其主要成分為 HW)3、HF和也SiFs。所采用的晶娃太陽能電池的酸性廢液中，主要成分已經(jīng)是氣凝膠的混合 成分，只需要使用工業(yè)水玻璃調(diào)節(jié)pH值，達(dá)到凝膠條件即可。
[0010] 本發(fā)明方法由于采用了晶娃太陽能電池制備過程中前清洗和后清洗工序的廢酸 液和水玻璃作為原料，二者結(jié)合僅需要簡(jiǎn)單的混合，利用廢酸液中大量的酸和娃酸根與水 玻璃直接反應(yīng)自動(dòng)生成凝膠，反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有W單純水玻璃為原料生產(chǎn)氣 凝膠的方法相比無需添加大量的酸性或堿性溶劑，節(jié)約資源，大大降低了氣凝膠的生產(chǎn)成 本。
[0011] 為了達(dá)到更好的發(fā)明效果，做W下優(yōu)選：
[0012] 所述水玻璃的加入方式為將水玻璃滴加加入上清液中，采用滴加加入的方式能夠 更好的控制前驅(qū)混合液的pH值，從而控制凝膠時(shí)間和氣凝膠的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0013] 所述水玻璃選用娃酸鋼的水溶液、娃酸鐘的水溶液中的一種或者兩種，可直接采 用市售產(chǎn)品。
[0014] 所述水玻璃的固含量為7%-20%，能夠使產(chǎn)品氣凝膠的密度達(dá)到高品質(zhì)要求。所 述固含量為7%-20%的水玻璃可直接采用市售產(chǎn)品也可將市售產(chǎn)品用水稀釋至固含量為 7%-20%。
[001引本發(fā)明中固含量是R20 · nSi02的固體質(zhì)量百分含量，計(jì)算中不含結(jié)晶水，即R20 · nSi化的固體質(zhì)量與水玻璃總質(zhì)量的質(zhì)量百分比，其中，R為化或者Κ，η為二氧化娃(Si02)與 堿金屬氧化物(R20 )摩爾數(shù)的比值。
[0016] 所述攬拌的速度優(yōu)選為150;r/min-200;r/min。
[0017] 所述靜置30min-60min至自動(dòng)生成凝膠的過程在30°C-80°C的條件下進(jìn)行，進(jìn)一步 優(yōu)選在水浴加熱至30°C-8(rC的條件下進(jìn)行，更利于凝膠的自動(dòng)生成。
[0018] 所述凝膠老化過程采用水浴加熱保持溫度在50°C-8(rC，凝膠老化效果更好。
[0019] 所述醇化步驟的目的是使用有機(jī)溶劑取代凝膠中的水，醇化的方法就是浸泡，進(jìn) 行溶劑置換即可。所述有機(jī)溶劑采用乙醇、異丙醇、正己燒等中的一種或者兩種W上，包含 但是并不限于此范圍。采用兩種W上有機(jī)溶劑時(shí)可采用任意比例配比的有機(jī)溶劑，例如可 采用乙醇或者異丙醇與正己燒的體積比為1-3:1的乙醇與正己燒混合有機(jī)溶劑和異丙醇與 正己燒混合有機(jī)溶劑等。具體操作包括:將老化后的凝膠在有機(jī)溶劑中浸泡化W上。所述有 機(jī)溶劑的用量并沒有嚴(yán)格的限制，一般W完全淹沒老化后的凝膠為準(zhǔn)。目前，大部分的醇化 工藝采用乙醇，比例一般控制在老化后的凝膠與乙醇體積比為1:3左右。
[0020] 所述疏水改性步驟采用Ξ氯甲燒改性劑或者硅氧烷類疏水改性劑進(jìn)行疏水改性， 改性的目的是將氣凝膠的徑基使用疏水的烷基取代，進(jìn)行烷基化。具體操作包括:將醇化后 的凝膠在Ξ氯甲燒改性劑或者硅氧烷類疏水改性劑中浸泡化W上。所述Ξ氯甲燒改性劑或 者硅氧烷類疏水改性劑的用量并沒有嚴(yán)格的限制，一般W完全淹沒醇化后的凝膠為準(zhǔn)。所 述疏水改性步驟優(yōu)選采用Ξ氯甲燒改性劑進(jìn)行疏水改性，Ξ氯甲燒可W與氣凝膠的徑基進(jìn) 行徹底反應(yīng)，完全烷基化，從而達(dá)到疏水排水的效果。所述硅氧烷類疏水改性劑采用現(xiàn)有娃 氧燒類疏水改性劑。
[0021 ]所述干燥采用常壓干燥，干燥時(shí)的加熱方式可W選擇電阻絲加熱、熱氮干燥、熱二 氧化碳干燥、導(dǎo)熱油加熱干燥等中的一種。
[0022] 本發(fā)明的有益效果：
[0023] 本發(fā)明方法由于采用了晶娃太陽能電池制備過程中前清洗和后清洗工序的廢酸 液和水玻璃作為原料，二者結(jié)合僅需要簡(jiǎn)單的混合，利用廢酸液中大量的酸例如HN03、HF、 此SiFs和娃酸根雜質(zhì)與水玻璃直接反應(yīng)自動(dòng)生成凝膠，反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單，能夠與現(xiàn) 有W單純水玻璃為原料生產(chǎn)氣凝膠的方法完美結(jié)合制備氣凝膠，變廢液為原材料，既生產(chǎn) 了氣凝膠，又處理了污水排放，一舉兩得，同時(shí)還增加了經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)了環(huán)境。與現(xiàn)有W單 純水玻璃為原料生產(chǎn)氣凝膠的方法相比無需添加大量的酸性或堿性溶劑，節(jié)約資源，大大 降低了氣凝膠的生產(chǎn)成本。
[0024] 本發(fā)明方法制備的氣凝膠的密度可達(dá)80kg/m3-120kg/m3,且具備良好的疏水特性， 吸水率小于3%，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)0.023K/(m.K)，耐火溫度可達(dá)650°C，品質(zhì)優(yōu)良。
【具體實(shí)施方式】
[0025] W下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[00%] 實(shí)施例1
[0027] 收集晶娃太陽能電池制備過程中前清洗和后清洗工序的廢酸液，排入到廢酸液儲(chǔ) 罐內(nèi)，靜置沉淀，取上清液，在15化/min攬拌速度的條件下邊攬拌邊向上清液中滴加加入固 含量為15 %的水玻璃(娃酸鋼的水溶液），水玻璃模數(shù)為3.2，直到混合溶液的pH值為4;在30 °C靜置60min至混合溶液反應(yīng)自動(dòng)生成凝膠，凝膠之后，水浴加熱至50°C，老化12h，老化之 后，使用乙醇進(jìn)行醇化即將老化后的凝膠完全淹沒在乙醇中浸泡化;醇化之后，使用Ξ氯甲 燒進(jìn)行疏水改性即將醇化后的凝膠完全淹沒在Ξ氯甲燒改性劑中浸泡化;最后，使用電阻 絲加熱干燥蓋干燥，得到氣凝膠，并回收改性劑。
[0028] 實(shí)施例2
[0029] 收集晶娃太陽能電池制備過程中前清洗和后清洗工序的廢酸液，排入到廢酸液儲(chǔ) 罐內(nèi)，靜置沉淀，取上清液，在2(K)r/min攬拌速度的條件下邊攬拌邊向上清液中滴加加入固 含量為10 %的水玻璃(娃酸鐘的水溶液），水玻璃模數(shù)為3.2，直到混合溶液的pH值為4.5;在 80°C靜置30min至混合溶液反應(yīng)自動(dòng)生成凝膠，凝膠之后，水浴加熱至80°C，老化15h，老化 之后，使用乙醇進(jìn)行醇化即將老化后的凝膠完全淹沒在乙醇中浸泡化;醇化之后，使用Ξ氯 甲燒進(jìn)行疏水改性即將醇化后的凝膠完全淹沒在Ξ氯甲燒改性劑中浸泡化;最后，使用電 阻絲加熱干燥蓋干燥，得到氣凝膠，并回收改性劑。
[0030] 實(shí)施例3
[0031] 收集晶娃太陽能電池制備過程中前清洗和后清洗工序的廢酸液，排入到廢酸液儲(chǔ) 罐內(nèi)，靜置沉淀，取上清液，在15化/min攬拌速度的條件下邊攬拌邊向上清液中滴加加入固 含量為20 %的水玻璃(娃酸鋼的水溶液），水玻璃模數(shù)為3.2-3.4，直到混合溶液的pH值為5; 水浴加熱至45°C靜置50min至混合溶液反應(yīng)自動(dòng)生成凝膠，凝膠之后，水浴加熱至60°C，老 化16h，老化之后，使用乙醇和正己燒（乙醇與正己燒的體積比為1:1)進(jìn)行醇化即將老化后 的凝膠完全淹沒在乙醇和正己燒中浸泡化;醇化之后，使用Ξ氯甲燒進(jìn)行疏水改性即將醇 化后的凝膠完全淹沒在Ξ氯甲燒改性劑中浸泡化;最后，使用熱氮干燥，得到氣凝膠，并回 收改性劑。
[0032] 實(shí)施例4
[0033] 收集晶娃太陽能電池制備過程中前清洗和后清洗工序的廢酸液，排入到廢酸液儲(chǔ) 罐內(nèi)，靜置沉淀，取上清液，在2(K)r/min攬拌速度的條件下邊攬拌邊向上清液中滴加加入固 含量為7 %的水玻璃(娃酸鋼的水溶液），水玻璃模數(shù)為3.2-3.4，直到混合溶液的抑值為4; 水浴加熱至60°C靜置40min至混合溶液反應(yīng)自動(dòng)生成凝膠，凝膠之后，水浴加熱至70°C，老 化15h，老化之后，使用乙醇和正己燒（乙醇與正己燒的體積比為3:1)進(jìn)行醇化即將老化后 的凝膠完全淹沒在乙醇和正己燒中浸泡化;醇化之后，使用Ξ氯甲燒進(jìn)行疏水改性即將醇 化后的凝膠完全淹沒在Ξ氯甲燒改性劑中浸泡化；最后，使用熱二氧化碳干燥，得到氣凝 膠，并回收改性劑。
[0034] 實(shí)施例5
[0035] 收集晶娃太陽能電池制備過程中前清洗和后清洗工序的廢酸液，排入到廢酸液儲(chǔ) 罐內(nèi)，靜置沉淀，取上清液，在15化/min攬拌速度的條件下邊攬拌邊向上清液中滴加加入固 含量為20 %的水玻璃(娃酸鋼的水溶液），水玻璃模數(shù)為3.2-3.4，直到混合溶液的pH值為5; 水浴加熱至30°C靜置60min至混合溶液反應(yīng)自動(dòng)生成凝膠，凝膠之后，水浴加熱至80°C，老 化12h，老化之后，使用異丙醇和正己燒(異丙醇與正己燒的體積比為1:1)進(jìn)行醇化即將老 化后的凝膠完全淹沒在異丙醇和正己燒中浸泡化;醇化之后，使用Ξ氯甲燒進(jìn)行疏水改性 即將醇化后的凝膠完全淹沒在Ξ氯甲燒改性劑中浸泡化;最后，使用導(dǎo)熱油加熱干燥，得到 氣凝膠，并回收改性劑。
[0036] 實(shí)施例6
[0037] 收集晶娃太陽能電池制備過程中前清洗和后清洗工序的廢酸液，排入到廢酸液儲(chǔ) 罐內(nèi)，靜置沉淀，取上清液，在2(K)r/min攬拌速度的條件下邊攬拌邊向上清液中滴加加入固 含量為7 %的水玻璃(娃酸鋼的水溶液），水玻璃模數(shù)為3.2-3.4，直到混合溶液的抑值為4; 水浴加熱至80°C靜置30min至混合溶液反應(yīng)自動(dòng)生成凝膠，凝膠之后，水浴加熱至50°C，老 化15h，老化之后，使用異丙醇和正己燒(異丙醇與正己燒的體積比為3:1)進(jìn)行醇化即將老 化后的凝膠完全淹沒在異丙醇和正己燒中浸泡化;醇化之后，使用Ξ氯甲燒進(jìn)行疏水改性 即將醇化后的凝膠完全淹沒在Ξ氯甲燒改性劑中浸泡化;最后，使用熱二氧化碳干燥，得到 氣凝膠，并回收改性劑。
[003引實(shí)施例7
[0039] 除了將乙醇替換為異丙醇，其他操作同實(shí)施例1，得到氣凝膠，并回收改性劑。
[0040] 實(shí)施例8
[0041] 除了將乙醇替換為乙醇和異丙醇（乙醇和異丙醇的體積比為1:1)，其他操作同實(shí) 施例1，得到氣凝膠，并回收改性劑。
[0042] 將實(shí)施例1-8中的氣凝膠進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1:
[0043] 表 1
[0044]
[0045] 本發(fā)明方法中參數(shù)的變化并不影響氣凝膠的制備，因此本發(fā)明制備方法中任意參 數(shù)的組合均可實(shí)現(xiàn)氣凝膠的制備。在此不再寶述。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用晶硅太陽能電池清洗廢液制備氣凝膠的方法，其特征在于，包括步驟： 收集晶硅太陽能電池制備過程中前清洗和后清洗工序的廢酸液，靜置沉淀，取上清液， 在攪拌條件下向上清液中加入水玻璃，直到混合溶液的pH值為4-5;靜置30min-60min至自 動(dòng)生成凝膠，然后在50°C-80°C使凝膠老化12h以上，將老化后的凝膠依次經(jīng)醇化和疏水改 性后干燥，得到氣凝膠。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述水玻璃的加入方式為將水玻璃滴加加 入上清液中。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述水玻璃的固含量為7%-20%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述水玻璃為硅酸鈉的水溶液、硅酸鉀的 水溶液中的一種或者兩種。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述靜置30min-60min至自動(dòng)生成凝膠的 過程在30 °C -80 °C的條件下進(jìn)行。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述靜置30min-60min至自動(dòng)生成凝膠的 過程在水浴加熱至30 °C -80 °C的條件下進(jìn)行。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述凝膠老化過程采用水浴加熱保持溫度 在 50°C_80°C。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述醇化步驟采用有機(jī)溶劑醇化，所述有 機(jī)溶劑采用乙醇、異丙醇、正己烷中的一種或者兩種以上。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述疏水改性步驟采用三氯甲烷改性劑或 者硅氧烷疏水改性劑進(jìn)行疏水改性。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥采用常壓干燥，干燥時(shí)的加熱方 式為電阻絲加熱、熱氮干燥、熱二氧化碳干燥、導(dǎo)熱油加熱干燥中的一種。
【文檔編號(hào)】C01B33/16GK106082244SQ201610409738
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】馮強(qiáng), 苗成祥, 蔡忠興
【申請(qǐng)人】常州天合光能有限公司, 湖北天合光能有限公司