多晶硅太阳能电池中多物质的分离、回收与部分用于处理印染废水的研究

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随着“双碳”目标的逐步落地,光伏产业迅猛发展,有限的使用寿命使得仍含丰富资源的多晶硅太阳能电池(板)报废后产生大量固体废物,可能污染环境。多晶硅太阳能电池是由多组分粘合形成的整体,对其进行综合处理首先要去除其封装材料乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。常见的方法有热处理、机械处理、有机溶剂处理等。有机溶剂法因反应条件较温和、资源化程度较高等优点广泛应用于去除EVA。然而,前人对于EVA的剥离往往更多的关注点在于破坏EVA达到分离各组分目的,多采用邻二氯苯和三氯乙烯等溶剂,在处理过程中有挥发性气体溢出,气味刺鼻,具有强毒性,难以工业化应用或需要增加成本用于尾气处理。因此开发绿色的EVA剥离溶剂,有一定实用价值。废多晶硅太阳能电池主要由EVA、盖板玻璃、多晶硅电池片(PSSC)、背板等组成,对其资源化处置多聚焦于提纯单一物质或高价元素再利用。大量学者曾广泛利用玻璃粉、铝粉、过渡金属催化剂对染料废水进行脱色。电池片主体为含有微量的杂质如过渡金属元素的多晶硅,电池片背电极为铝电极,盖板为玻璃,这些多晶硅太阳能电池各组分以及整体部件能否被用来做作为脱色材料值得我们探索,为实现以废治废、节能减碳目标打下基础。本文采用正己醇耦合氢氧化钾皂化溶出法剥离封装材料EVA(模拟单、双面光伏组件),反应后混合液仅通过离心处理还可分离回收剥离下来的EVA。优化实验条件应用于实际单、双面组件,成功剥离EVA,分离出玻璃片和PSSC。对PSSC以及去除封装剂和背板,主要成分为盖板玻璃及PSSC的混合粉体(PSSP)分别用于模拟印染废水的脱色处理。主要研究结论如下:(1)采用正己醇耦合氢氧化钾成功从模拟电池板和实际电池板中皂化溶出剥离EVA,使得各部件成功分离。实验结果表明,液固比、反应温度、添加剂浓度、反应时间等的增加,均能够一定程度上促进溶出率的增加。在反应温度145℃、液固比(溶剂体积与组件个数之比,单位m L/个)30∶4、搅拌转速400r/min、氢氧化钾浓度6 g/L、反应时间70 min条件下,EVA的溶出率为98.67%。各因素影响的主次顺序为反应时间>液固比>反应温度>搅拌转速>添加剂浓度。反应后经离心处理可以分离出产物皂化EVA,反应前后正己醇的主要官能团未发生变化,可循环使用。模拟双面组件的最佳反应条件为155℃,液固比40:2 m L/个、搅拌转速800r/min、氢氧化钾浓度4 g/L、反应时间3.5 h,EVA的溶出率为99.47%。对于实际单面组件在145℃,液固比40:2 m L/个、搅拌转速800 r/min、氢氧化钾浓度4g/L、反应时间3.5h下完全剥离EVA。实际双面组件在155℃,液固比40:2 m L/个、搅拌转速800 r/min、氢氧化钾浓度4 g/L、反应时间5 h条件下完全剥离EVA。反应分离出的PSSC表面几乎不含EVA,未被氧化或腐蚀,未引入新的杂质。(2)从太阳能电池中分离出的PSSC粉体借助于含有的铝、铁等过渡金属物质诱导溶解氧产生羟基自由基,实现对印染废水的脱色。对活性黑5模拟废水脱色研究结果表明,铝背电极在酸性溶液中诱导溶液生成羟基自由基,且PSSC粉体含有的某些如铁等的过渡金属也起到产生羟基自由基、促进脱色的作用,活性黑5的偶氮键断裂最终生成小分子有机物。pH对脱色的影响显著,酸性条件下铝电极表面的氧化铝膜易于去除,且反应不断消耗氢离子,酸性条件下有利于羟基自由基产生。脱色最佳条件为pH为3,温度为40℃,粒径74μm,反应时间90 min,PSSC粉体加入量0.2 g,活性黑5浓度100 mg/L,脱色率可达98.59%。对其进行动力学拟合,该过程符合拟二级动力学方程,为吸热反应,活化能为98.01 k J/mol。(3)由废多晶硅太阳能电池去除EVA和背板制备成的PSSP粉体,借助于铝、铁等过渡金属物质诱导溶液产生羟基自由基的氧化作用和玻璃吸附作用实现对印染废水的脱色,脱色途径、产物与第三章相似。研究其对活性黑5模拟印染废水的处理效果表明,玻璃粉体在酸性条件下吸附效果良好,PSSP粉体脱色最佳条件为:pH为2,温度为35℃,粒径74μm,反应时间300 min,加入量4 g,脱色率可达99.02%。循环7次仍具有91.27%以上的脱色率。对活性红2和罗丹明B也具有良好的脱色效果。PSSP粉体脱色速率稍逊于PSSC粉体,但是PSSC价值高,一般不会选择做脱色材料。PSSP粉体能够对偶氮染料废水脱色,以废治废综合治理印染废水是一条可行的路径。
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