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电化学脱硫的电极过程动力学研究

时间:2017-8-12 9:19:00 来源:本网

  电化学脱硫的电极过程动力学研究李晓宣居明(南京理工大学化工学院,南京210094)在电化学烟气脱硫回收硫酸的过程中,通过循环伏安扫描曲线、峰值电流dp)与扫描速度的关系以及电解液温度对峰值电流的影响,初步研究了溴离子阳极氧化反应的动力学特性,为进一步研究电化学脱硫提供了理论依据。

  在电化学烟气脱硫回收硫酸的工艺过程中,利用单质溴(Br2)作为二氧化硫(SO2)的间接氧化剂,不但有很高的脱硫率而且过程中Br2几乎没有损失,反应吸收的结果不会引起二次污染,同时可以获得85以上的硫酸和纯氢。电负性极大的四个卤素元素中,F2和Cl2沸点低,若作为烟气中SO2的氧化剂,生产过程中生成的HF和HCl,这两种挥发性极大的酸性物质将会随净化后的烟气一起排入大气造成二次污染。而卤素中Br2常温常压下为液体有较强的可操作性,易于工业运用。研究溴离子阳极氧化动力学对于电化学脱硫回收硫酸的工业化具有一定的指导意义。

  从扫描的曲线图可以看出,峰12为Bf的氧化峰,峰3为过程中的析氧峰,而峰4,5,6则为Br2的还原峰。这说明在Bir/Bn电化学反应过程中,溴元素可能存在两种氧化态和三种还原态物质,或在电解反应过程中在氧化电极和还原电极表面存在有非稳定的中间态物质。确定是否存在多种氧化还原态物质,对于该系统的脱硫过程有着极其重要的价值。如果电化学过程中溶液中存在有氧化态、还原态中间物质,这就使得电化学脱硫工艺以Br2作为间接氧化剂在整个过程中易于损失,不利于氧化还原的循环过程。且溶液扫描的曲线中的氧化还原态物质由于其挥发性较差,终会停留在回收的硫酸溶液中,造成所回收的硫酸纯度下降。通过150h的脱硫与电解的循环。从可以看出,随着系统电解液温度的升高,电化学反应的Ipa及Ipc均有增大的趋势,在20°C~70C之间的上升幅度相对较大,且Ipa与Ipc之间的差值缩小。当电解液温度达到60°C时,Ipa与Ipc基本相等。这主要是因为电解液温度升高时溶液粘度减小扩散系数增大,从而导致离子扩散速度加快,可以较好的改善体系中的浓差极化现象,同时能够加快电极过程反应速度。当电解液温度达到60°C时,电解体系的电化学氧化还原反应的速度相等,离子的浓差极化弱。所以,控制电解液温度为60°C时,将会获得较高的氧化电解效率。

  三、结根据循环伏安曲线和电化学脱硫工艺的研究,Br/Br2的电解体系在电化学反应过程中不存在稳定的溴元素中间态物质,这有利于电化学脱硫工艺的循环运行。

  电解槽的阳极氧化的峰值电流与扫描速度成一个线形关系。证明了阳极氧化过程是一个受扩散控制的电极过程。

  提高温度可增大电解过程的阳极氧化和阴极还原的峰值电流值。从而减小浓差极化,提高电解速度。电解液温度达到60°C时,阳极氧化和阴极还原的峰值电流值相等,电池的浓差激化弱。

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