浅谈NMP 废液回收技术现状及研究

一、引言

N- 甲基吡咯烷酮（NMP）是一类重要的有机溶剂，具有沸点高、溶解性好、低毒等特点，已被广泛用于锂电池、半导体、化工等领域。近年来，随着新能源汽车、半导体等行业的迅猛发展，NMP 的需求与日俱增。对 NMP 废液进行有效的资源化利用，不仅对我国的经济发展，而且对环保也有重大的意义。本文对目前国内外 NMP 废液处理工艺的研究进展进行了较为详尽的论述，并提出了今后的研究方向。

二、NMP 废液的特性与危害

（一）化学特性

NMP 是一种化学式 C5H9NO 的无色、透明液体，相对分子量 99.13，它的沸点高，蒸汽压低，溶解性好，可溶解各种有机化合物。然而，也正因为如此，NMP 废液的处理变得更加复杂，NMP 废液中含有较高的有机质及铜离子（如锂、铜等），给废液的回收和处置带来很大困难。

（二）环境危害

NMP 废液如果不经过任何处理就排放，将对环境产生多方面的危害。首先，NMP 是一种有毒物质，尽管它的毒性很小，但是长时间接触会引起呼吸道、皮肤、眼睛等方面的损害。其次，NMP 废液中含有大量的有机、金属离子，对水环境造成了严重的污染，对水生生物的生长、生长造成了一定的危害。另外，NMP废液中的挥发性组分也可能通过排放到大气中，从而影响空气质量，对人体呼吸健康产生危害。

三、NMP 废液回收技术现状

（一）减压蒸馏技术

1. 原理

减压精馏是利用 NMP 与其它杂质在压力下的沸点差进行精馏，拟采用低温精馏技术，在低温条件下，通过降低体系压力，降低 NMP 沸点，解决 NMP在高温下的分解与降解问题。减压蒸馏系统一般由诸如脱水塔，预蒸馏塔，精制塔等几个塔组成。首先，将废液排入脱水塔，经升温、降压，将废液中的水份除去；接着，将轻组分进一步从预馏柱中进行分离；最后通过精馏柱实现了NMP 的高纯分离。

2. 优点

高回收率：采用减压精馏工艺，可使废液中NMP 的回收率达到 98% 。

高纯度：采用多塔工艺及蒸馏工艺，NMP 纯度可达 99.9% 以上，符合工业化要求。能源利用效率高：采用热力耦合等方式，达到能量梯级利用，减少能源消耗。

3. 缺点

设备投资大：减压精馏装置结构复杂，管线复杂，投资费用高。操作条件要求高：对温度、压力、流量等参数需要精确控制，操作的难度很大。

（二）离子交换树脂法

1. 原理

离子交换树脂法是一种新的污水处理方法，是通过对废液中的各种杂质如金属离子进行离子交换，达到对污水处理的目的。离子交换树脂法是一类具有可交换性、表面带负电荷的聚合物，对废液中的金属离子具有较强的吸附能力。选用适当的树脂种类及工艺条件，可有效地脱除废液中的杂质，从而提高新NMP 的纯度。

2. 优点

低能耗：离子交换树脂法在室温、常压条件下进行，不需要高温、高压的设备，降低了能源消耗。深度净化：可对废液中微量的金属离子进行高效脱除，使回收后的NMP 符合电子产品的要求，满足高纯使用要求。操作简便：该装置简单、易于操作，适用于中小型废液的处理。

3. 缺点

树脂再生成本高：在一定的周期内，离子交换树脂必须进行再生，而再生过程中必须添加一些化学药剂，提高了处理费用。适用范围有限：对废液的组成及浓度有严格的要求，对含高浓度有机污染物及复杂组分的废液进行治理时，可能会产生较大的影响。

（三）生物处理法

1. 原理

生物处理法是指通过微生物对NMP 废液中的有机物质进行降解或转化，达到对废液进行处理的目的。在适当的条件下，微生物可以把废液中的有机物质分解成对人体无害的二氧化碳或水。对废液中的微生物进行驯化，使之与废液组成相匹配，可有效地提高废液的处理效果。如在前期研究中发现，将脱氮活性污泥驯化为与NMP 相匹配后，再投加纯Bacillustropicus，可大幅提升脱氮效率。

2. 优点

成本低：生物处理法主要是利用微生物自身的新陈代谢，不需要复杂的设备，也不需要大量的化学药剂。环境友好：采用生物降解方法对废液进行处理，无二次污染，符合环境保护的要求。

3. 缺点

处理效率低：生物法对高浓度NMP 废液的处理效果不佳，且处理时间较长。对微生物要求高：微生物具有较强的耐受能力和适应能力，需经过驯化与优化

才能在复杂废液环境下高效运行。

四、NMP 废液回收技术研究进展

（一）五塔精馏- 膜脱水耦合工艺

将多塔蒸馏与膜脱水相结合，可有效地解决 NMP 废液中的复杂杂质难以分离的难题。平煤神马、晶瑞电气等企业采用这一技术，可使 NMP 的纯度达99.9% 以上，并使其得到了较好的回收。通过对塔内结构及运行参数的优化，达到了高效、节能的目的。

（二）离子交换树脂/ 分子筛深度脱除技术

在脱除废液中微量酸、碱类杂质方面，采用离子交换树脂与分子筛组合的方式，取得了较好的效果。通过选择合适的树脂与分子筛，能够有效地脱除废液中的酸、碱等杂质，从而使 NMP 的纯度得到进一步提高。如在一家半导体生产企业中应用此工艺，NMP 含量可达 99.95% 以上，产品品质得到明显改善。

（三）抗氧化- 低温闪蒸联合技术

将抗氧化与低温闪蒸技术结合起来，可有效地解决 NMP 循环利用时出现的颜色问题。研究结果表明，采用这种新工艺能明显改善 NMP 的色度，达到电子级的要求。如国内一家锂电池厂应用此项新工艺，其 NMP 的色度指数由30 提升至5，大大提升了其市场竞争力。

五、未来研究方向

（一）技术创新与优化

今后的研究方向应该是开发出更高效、更低成本的回收再生方法。近年来，膜分离、超临界流体提取等新技术正逐步向工业废液处理方向发展。该工艺具有效率高、能耗低、环境友好等特点，是今后NMP 废液处理技术发展的主要方向。

（二）绿色回收技术

在环境保护要求越来越高的情况下，绿色再生是今后发展的主要方向。比如，对生物处理工艺进行优化，并研制出新的生物催化材料，可以有效地提高工艺效率，降低生产成本。另外，发展可生物降解的有机溶剂也是今后的发展趋势。

（三）智能化回收设备

智能化和自动化回收装置是今后的发展方向。在此基础上，相关人员可以采用先进的自动化控制技术，对再生过程进行精确监测，并进行最优运行。比如，通过物联网对设备进行远程监测与故障诊断，可以极大地提升设备的工作效率与可靠性。

六、结论

NMP 废液的循环再利用是实现资源节约、环保的关键。目前，减压蒸馏法、离子交换树脂法、生物处理法是高效的再生技术，都有各自的应用领域，并存在着各自的优势与不足。企业在选择回收工艺时，需要综合各种因素，进行合理的选择和组合。在今后的发展过程过程中，通过对 NMP 废液进行处理，使其具有更高的效率，更环保，更经济。通过技术创新，实现绿色回收，实现智能化装备，实现NMP 废液资源化利用，促进行业可持续发展。

参考文献：

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