H的方法同时清洗₂年代,所以₂

文摘

方法同时电化学净化硫化氢和二氧化硫的海水或工业废物。根本的方法是基于电化学亲和力对H₂年代,所以₂。的反应(氧化H₂年代和减少₂在а)进行适当的催化剂流动反应器,通过电化学手段没有外部力量。氧化的部分曲线H₂年代和减少₂研究了电化学在不同的催化剂。加法原理的速率过程后发现相交的曲线。整个过程速率一直在研究流型反应堆。相似的价值观过程的速率被发现,这些证明反应的电化学机理。由于电化学方法在适当的条件。这个过程是能够完全把最初的试剂(浓度考虑到化学动力学),这是困难的。

1。介绍

许多过去的方法去除含硫化合物的气体和水流由不同的人员进行了调查。这些方法通常单独从气体流中硫化合物的吸收阶段。所谓的老人过程是使用最广泛的1),遵循一般的反应: 老人的过程在温度高于1300°C;然而,通过使用不同的催化剂,这可以减少到250 - 850°C (2- - - - - -5]。的净化₂目前是一个独立的过程。有不同方法提取的二氧化硫,像中和方法,转换₂在卡索₄(6),和液化₂通过吸附在硫酸溶液7]。所有的这些方法都是基于氧化₂。先前的研究彼得罗夫的电化学氧化还原过程₂和H₂年代清洗的氧化与空气中氧气贴上ELCOX创新过程₂在废气净化(8]。

目前的工作是针对机会的同时净化硫化氢和二氧化硫工业废物和自然(黑海)H₂含有水域的年代。众所周知,黑海深水包含大量的硫化氢(如氢硫化物和硫化物离子)估计4600 Tg,也就是说,46亿吨(9]。有解决问题的努力通过各种方法:低温吸附硫化氢的海域热分解(紧随其后10,11),电解氢和硫的生产(12),或燃烧硫化氢本身在发电站,为提出的13]。所有这些方法遇到的问题低H₂浓度(8 - 10 mg·L⁻¹),不允许应用程序的可行的技术(14]。

在这个工作我们复习的同时减少₂和氧化硫化氢。各种电极材料是利用过去的减少₂,即汞、金、铂、铋、铜、铁酞菁在石墨和铀合金铁。先前的研究并不能完全解释电化学过程减少二氧化硫(15]。各种电化学方法将硫化氢的元素,在不同浓度,研究了(16]。不同催化剂的氧化硫化氢以前如铁、钴、石墨、铂、锰离子、钴和碳化合物,钙钛矿或钴酞菁17- - - - - -19]。硫化物氧化的阳极过程可以导致不同的最终产品(单质硫、聚硫化物或硫酸盐),根据反应条件:温度、浓度、催化剂等等。

该方法的目的是同时净化试剂(所以₂和H₂在房间的温度。根本的方法是基于两个化合物的电化学亲和力。的热力学势对H₂年代,所以₂氧化和还原 整体反应是 并发理论的氧化还原反应(腐蚀),这些电化学反应可能发生的潜在差异V显示反应(1)和(2)分散microgalvanic元素(20.,21]。在此基础上右边的反应可能进行催化剂流动反应器,通过电化学手段没有外部电源。反应速率可能决定通过研究电化学反应部分H₂年代的氧化,所以₂减少,按照所谓加法原则(20.- - - - - -22]。

这些电化学反应的一个优势是,他们可以完全把最初的试剂(浓度)[23),很难考虑到化学动力学(24]。应用程序已被申请专利名为“分离的电化学方法从液体二氧化硫和硫化氢”(25]。

电化学过程的实现是可能由于发射小说microgalvanic细胞。说明过程的物理模型的主要思想与多孔催化电极示意图如图1。模型是类似于我们以前公布的工作(26]。催化的结构质量由teflonized炭黑/炭沉积催化剂。聚四氟乙烯需要绑定和疏水性的经纪人因为一些试剂以气态的形式(例如,14%的H₂年代在黑海海域作为稀释气体)存在。催化粒子直接电子通过teflonized碳网络联系。离子接触是通过解决方案(电解质)。这些条件是充分实现电元素之间的一对₂- h₂美国根据电解液的pH值最终产品硫、聚硫化物或硫酸盐。

2。材料和方法

硫化钠(Na₂S·9 h₂O, Sigma-Aldrich 98.0%),亚硫酸钠(Na₂所以₃Sigma-Aldrich),氯化钠(氯化钠Sigma-Aldrich)是电解质的实现。使用去离子水。火神xc - 72炭黑(粒度~ 50 nm)和乙炔黑人来自卡博特公司。康菲石油(钴酞菁)是由热解18]。

硫化和亚硫酸盐离子的总量确定iodometrically以淀粉为指标(27]。硫化物分别确定光度计的N, N-dimethyl-n-phenylenediamine的铁(III)和亚甲蓝的形成(28- - - - - -30.]。这种方法允许翻倍增加的敏感性的决心。硫代硫酸盐的存在、亚硫酸盐、硫酸盐也定性检查。硫代硫酸盐形成一个不稳定的紫色的复杂与铁(III)。解决方案的乳白光后添加阳离子钡显示亚硫酸和硫酸的存在。解散浓盐酸的存款证明亚硫酸盐的存在,而硫酸钡仍然nondissolved [31日]。

我们利用三电极电池电化学测试完成。这么₂减少我们使用亚硫酸H₂所以₃(10 g·L⁻¹)。H₂年代在电解质浓度变化范围在100 - 20 000 mg·L⁻¹介绍了硫氢化钠。这个范围被选中在电化学过程是非常缓慢(几乎不发生)在较低的浓度,特别是在自然遇到的浓度大约8 mg·L⁻¹(9),和更高的浓度进行了研究在以往的调查(14]。支持电解质的18 g·L⁻¹氯化钠(类似于在黑海海域浓度)添加到电解质,以及在某些情况下1 M氢氧化钠。

细胞体积是150毫升。电解液是用电磁搅拌器搅拌连续。Solartron 1286电化学接口用于电化学测量。参考“Gaskatel Gmbh”氢电极,德国,应用。Pt-foil反电极。至少四个测量了每个结果达到更好的再现性。算术平均值给出的图表。

整体反应速率的同时减少氧化硫化氢和二氧化硫没有外部力量是化学反应器研究了流类型。催化剂是放置在反应堆。

所有的电极研究了浸类型和几何面积1厘米²或者10厘米²。电极准备从催化剂的混合物和teflonized炭黑(聚四氟乙烯火神xc - 72 + 35%) -TV35-as粘合剂。这些混合物压到双方的不锈钢集电器和自动取款机。

3所示。结果与讨论

3.1。电极性能和优化

沉浸式电极的氧化H₂年代和减少₂以前优化催化剂使用,电极厚度、和催化剂之间的质量比和粘结剂通过改变一个参数,保持其他不变31日,32]。研究了不同催化剂:(CoPc DG + 20%) + 35% teflonized火神xc - 72 (DGCPV);(CoPc DG + 20%) + 35% teflonized乙炔黑(DCPAB);拉_1.3老_0.7NiO₄+ 35% teflonized火神xc - 72 (LSNV);大部分石墨;(CoPc DG + 20%) + 35% teflonized火神xc - 72 + 6% Pt。(31日]。(CoPc DG + 20%)是活性炭类型DG的钴酞菁沉积(18]。

最好的优化电极的电化学特性₂氧化(CoPc比较(一)DG + 20% 35% teflonized火神xc - 72, DGCPV,比30:70;数量是60毫克/厘米²;(b)拉_1.3老_0.7NiO₄+ 35% teflonized火神xc - 72, LSNV)如图2。看到两电极提供相当相似的电化学行为。

减少二氧化硫的极化曲线如图所示3。可以看出,使用的衬底(a)没有催化效果。良好的初步结果CoPc电极包含DG + 20% + 6% Pt (d)尚未证实了长期测试由于铂中毒。曲线(b)和(c),分别CoPc DG + 20%,钙钛矿是相似的。

电解液的影响(有或没有氢氧化钠和氯化钠)₂减少如图4。图显示没有氯化钠(曲线(b))导致电导率降低,而氢氧化钠的缺席导致降低pH值和过程动力学的变化,产生硫。

3.2。电化学机制

电化学机理研究了并列的曲线部分氧化硫化氢(图2(一))和减少₂(图3(b))呈现在图5。相交的曲线我们可以确定混合电位和电流密度,这是mV和马/厘米²。整体反应速率可以使用法拉第估计方程: 混合势之间的协议(在溶液中含有硫化氢和二氧化硫mV和计算潜在的交叉部分曲线mV)很好,因为多孔电极的偏差mV是可以接受的(33]。本协议的电化学过程的机制。为了不容置疑地证明电化学机制我们必须衡量整体反应速率。

3.3。估计整体反应速率在一个流类型的反应堆

整体反应速率一直在流型反应堆估计解决方案(电解质)H₂所以₃+ 18 g·L⁻¹生理盐水+ 1 M氢氧化钠+ Na₂S·9 h₂o .电解质流传。在反应器催化量的质量等于催化量在10厘米²浸没电极(420毫克35% teflonized火神xc - 72 + 18毫克DG(标准德固赛炭黑)CoPc)为20%。进口和出口浓度分析中被发现。不幸的是我们没有即时的分析方法解决方案为了找到瞬间的反应速率。氧化还原过程的总体率估计分析后一个小时的操作。整个电解液循环电解液的体积毫升。它可以被转换成(电化学)的帮助下(5)。电子交换的数量,下面的反应(2)和(3),是对H₂氧化和这么₂减少。所有数据如表所示1。

良好的协议分析和电化学结果如表所示1,我们可以得出这样的结论:电化学而不是化学转化硫化氢和二氧化硫是可取的。

4所示。结论

设置用于完成讨论的过程可以是一个包含海水不断搅拌釜反应器和催化剂和泡沫的堆栈包含二氧化硫气体。这个过程可以在酸性或碱性介质。

根据表中的数据1我们可以假设每小时18 g硫化氢转化为环保产品,如硫酸,硫和多硫化合物需要约460 g的催化剂。

基于这些结果,我们已经开发出一种方法净化污染物在正常大气条件下的电化学方法。最优条件和合适的催化质量已经确定。实现过程完全将H₂年代,所以₂环保产品(硫、聚硫化物等)。中型煤热发电厂630 MW释放约20吨二氧化硫日常需要2 mln m³(每小时二百万立方米)的海水。

一个立方米海水(8 mg·L⁻¹;8 g·米⁻³)清理三个立方米的₂包含气体(= 0.1%卷。~ 2.85 g·m⁻³)。

似乎更现实的合理转换大量的硫化氢产生硫和多硫化合物作为商业产品,从而减少少量的二氧化硫,和删除其余的传统方法,如治疗与石灰或石灰石。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是支持的项目从黑海水制氢燃料电池Sulfide-Driven HYSULFCEL (http://bs-era.net/)7 FP的欧盟,合同DNS7RP 01/32,教育部和科学的保加利亚共和国。

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