電滲析協(xié)同液相凈化二氧化硫工業(yè)廢氣的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種利用電滲析技術(shù)凈化處理低濃度二氧化硫工業(yè)廢氣的裝置， 屬于環(huán)境工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] SO2是常見的大氣主要污染物之一，SO2污染主要由能源消耗引起，而經(jīng)濟(jì)發(fā)展又 離不開能源的支持，我國能源構(gòu)成又以煤為主，而大量燃燒含硫量較高的煤是導(dǎo)致30 2大量 排放和嚴(yán)重污染的重要因素。《中國環(huán)境狀況公報(bào)》表明，從1990年起我國大中城市的大 氣污染較嚴(yán)重，小城鎮(zhèn)的大氣污染也有加重的趨勢(shì)，近年來霧霾天氣的范圍和程度均有所 增強(qiáng)。在SO 2氣體的凈化處理方面，國內(nèi)外已進(jìn)行過大量研究。對(duì)于硫的凈化分燃燒前中 后三種類型，針對(duì)SOJl氣的凈化有固相吸收、液相吸收、固相催化氧化、液相催化氧化等方 法，用電化學(xué)方法凈化SO 2的研究已有電子束脫硫法、等離子體法。在傳統(tǒng)的接觸氧化制硫 酸工藝中，由SO2轉(zhuǎn)化為SO 3的過程要求在高溫和催化劑存在下完成，對(duì)SO 2氣相氧化能量 要求高，成本也高，在液相氧化SO2可使轉(zhuǎn)化能量損耗大幅度降低。
[0003] 電滲析技術(shù)是在直流電場(chǎng)的作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇 透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，從而實(shí)現(xiàn)溶液的淡化、濃縮、精制或純化的目的。電滲 析技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，如：占地面積小，基建投資少，節(jié)省勞動(dòng)力，維修方便，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 等；它即不像蒸餾將90%以上的水變成水蒸汽那樣須消耗大量燃料，也不同于反滲透須用 高壓泵將大量的水分子擠出半透膜，或離子交換那樣頻繁再生，排出酸堿廢液再度污染環(huán) 境。在這些方面，電滲析具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。
[0004][0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實(shí)用新型的目的是提供一種電滲析協(xié)同液相凈化二氧化硫工業(yè)廢氣的裝置，在 一個(gè)反應(yīng)器中完成催化氧化和富集濃縮，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，易于操作控制，能夠提高吸收效 率、催化劑活性、硫酸產(chǎn)率并降低生產(chǎn)成本。
[0007] 該裝置包括電滲析室2、電源，其中電滲析室為圓柱形封閉腔室，電滲析室由下隔 板13和上隔板17分隔為下層曝氣室9、中層反應(yīng)室14、上層分離室20,曝氣篩板12安裝在 下隔板13下方，下層曝氣室9上部設(shè)置有陰極液入口 8并位于曝氣篩板12上方，下層曝氣 室下部設(shè)置有混合氣入口 11并位于曝氣篩板12下方；上層分離室20-側(cè)設(shè)置有陰極液出 口 3,上層分離室上部設(shè)置有凈化氣出口 19 ;陽極板、離子交換膜和陰極板螺旋式卷繞在中 層反應(yīng)室14中，離子交換膜5設(shè)置在陰極板4和陽極板6間，離子交換膜和陰極板間的間 隙形成陰極室，陽極板和離子交換膜間的間隙形成陽極室，下隔板13上開有反應(yīng)室陰極液 入口 7并與陰極室連通，上隔板17上開有反應(yīng)室陰極液出口 15并與陰極室連通，陽極液入 口 10和陽極液出口 18分別設(shè)置在電滲析室下部和上部并與陽極室連通，陰極柱1與陰極 板4連接，陽極柱16與陽極板6連接，陰極柱1與電源負(fù)極連接，陽極柱16與電源正極連 接。
[0008] 所述電滲析室由聚四氟乙烯板材制備，陰極板為不銹鋼電極板，陽極板為鈦或鈦 鍍氧化金屬電極板。
[0009] 本裝置使用時(shí)，以水為二氧化硫的吸收液，在水中加入過渡金屬鹽催化劑，將配置 好的吸收液從陰極液入口 8注入下層曝氣室，二氧化硫氣體從混合氣入口 11進(jìn)入并通過暴 氣篩板12與吸收液充分混合，然后由陰極液入口 7進(jìn)入電滲析室的陰極室中吸收催化氧 化；二氧化硫與水反應(yīng)生成亞硫酸，要生成硫酸還需使用催化劑將亞硫酸催化氧化為硫酸， 此過程的催化劑為過渡金屬鹽，該催化劑易溶于水，對(duì)于二氧化硫具有較高的催化活性，并 可通過裝置本身的電化學(xué)過程再生使用；在陰極室中經(jīng)催化氧化生成的硫酸在電場(chǎng)的作用 下通過具有強(qiáng)堿性活性交換基團(tuán)的離子交換膜，使硫酸根離子在陽極室富集，硫酸根離子 與陽極電解產(chǎn)生的氫根離子結(jié)合生成高濃度的硫酸，硫酸通過陽極液出口 18收集，陰極室 吸收液通過反應(yīng)室陰極液出口 15進(jìn)入上層分離室，凈化后氣體由凈化氣出口 19排出，吸收 液通過陰極液出口 3排出。
[0010] 本裝置所述富集濃縮過程中所使用的兩電極間的電壓值根據(jù)膜面積大小和極間 距而調(diào)整，使電滲析裝置的工作電流密度保持在l~5A/m2。
[0011] 本裝置能實(shí)現(xiàn)電滲析協(xié)同液相凈化二氧化硫工業(yè)廢氣的方法，該方法是與現(xiàn)有二 氧化硫兩轉(zhuǎn)兩吸凈化工藝完全不同的凈化低濃度二氧化硫廢氣生產(chǎn)硫酸的工藝，該工藝將 催化氧化和富集濃縮集成在一個(gè)反應(yīng)器中完成，且工藝條件溫和，工藝流程簡單，便于廣泛 的工業(yè)化生產(chǎn)，降低了凈化成本，減少了二次污染。
[0012] 該方法以水為吸收液，加入過渡金屬鹽作為活性催化劑，在電壓為0. 5~6V條件 下，將流速為20~5000ml/min、二氧化硫濃度為50~5000ppm的廢氣通入電滲析反應(yīng)器， 在曝氣室和陰極室的混合流動(dòng)過程中SO 2被吸收和氧化，陰極室生成的濃度較低的硫酸在 電場(chǎng)作用下通過離子交換膜進(jìn)入陽極室得到濃縮，部分未被完全氧化的亞硫酸也在陽極室 電化學(xué)氧化為硫酸，處理后氣體為凈化氣體。
[0013] 所述過渡金屬鹽為？63+1113+、？62+111 2+、(：〇2+、附2+、2112+鹽中的一種，濃度為0.001~ lmol/L〇
[0014] 所述離子交換膜為全氟磺酸/氧化錳/聚四氟乙烯復(fù)合離子交換膜，該離子交換 膜按如下方法制備得到：
[0015] (1)在質(zhì)量百分比濃度為5%的全氟磺酸溶液中等量加入加入等體積質(zhì)量百分比 濃度0.1-1%表面活性劑溶液混合、攪拌、超聲以使其均勻分布；
[0016] (2)將氧化錳粉末、正硅酸乙酯、無水乙醇和硫酸按質(zhì)量比為0. 1:1:5:0. 1~0.3: 2:5:0. 1的比例混合，高速攪拌10~24小時(shí)，形成氧化錳溶膠，將該溶膠加入配置好的等質(zhì) 量全氟磺酸溶液中，得到全氟磺酸/氧化錳溶液；
[0017] (3)將聚四氟乙烯多孔膜用乙醇和去離子水清洗、烘干后放入異丙醇中浸泡12~ 24h并晚干；
[0018] (4)將經(jīng)過處理的聚四氟乙烯多孔膜放入全氟磺酸/氧化錳溶液浸泡24~48h， 取出后滾壓，120°C烘干，然后再浸泡再滾壓如此反復(fù)4~5次，即得到全氟磺酸/氧化錳/ 聚四氟乙烯復(fù)合離子交換膜。
[0019] 所述表面活性劑為Triton X-100。
[0020] 本發(fā)明利用電滲析技術(shù)處理二氧化硫廢氣，以水為主要的二氧化硫的吸收液，二 氧化硫溶于水時(shí)，吸收液中存在下列平衡：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電滲析協(xié)同液相凈化二氧化硫工業(yè)廢氣的裝置，其特征在于：其包括電滲析 室、電源，其中電滲析室為圓柱形封閉腔室，電滲析室由下隔板（13)和上隔板（17)分隔為 下層曝氣室（9)、中層反應(yīng)室（14)、上層分離室（20)，曝氣篩板（12)安裝在下隔板（13)下 方，下層曝氣室上部設(shè)置有陰極液入口（8)并位于曝氣篩板（12)上方，下層曝氣室下部設(shè) 置有混合氣入口（11)并位于曝氣篩板（12)下方；上層分離室一側(cè)設(shè)置有陰極液出口（3)， 上層分離室上部設(shè)置有凈化氣出口（19);陽極板（6)、離子交換膜（5)和陰極板（4)螺旋式 卷繞在中層反應(yīng)室中，離子交換膜（5)設(shè)置在陰極板（4)和陽極板（6)間，離子交換膜和陰 極板間的間隙形成陰極室，陽極板和離子交換膜間的間隙形成陽極室，下隔板（13)上開有 反應(yīng)室陰極液入口（7)并與陰極室連通，上隔板（17)開有反應(yīng)室陰極液出口（15)并與陰極 室連通，陽極液入口（10)和陽極液出口（18)分別設(shè)置在電滲析室下部和上部并與陽極室 連通，陰極柱（1)與陰極板（4)連接，陽極柱（16)與陽極板（6)連接，陰極柱（1)與電源負(fù) 極連接，陽極柱（16)與電源正極連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電滲析協(xié)同液相凈化二氧化硫工業(yè)廢氣的裝置，其特征在 于：陰極板為不鎊鋼電極板，陽極板為鐵或鐵鍛氧化金屬電極板。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電滲析協(xié)同液相凈化二氧化硫工業(yè)廢氣的裝置，該裝置包括電滲析室、電源，其中電滲析室為圓柱形封閉腔室，電滲析室由下隔板和上隔板分隔為下層曝氣室、中層反應(yīng)室、上層分離室，曝氣篩板安裝在下隔板下方，下層曝氣室上部設(shè)置有陰極液入口并位于曝氣篩板上方，下層曝氣室下部設(shè)置有混合氣入口并位于曝氣篩板下方；該裝置將電滲析技術(shù)、液相催化氧化技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于二氧化硫廢氣的吸收與凈化，二氧化硫廢氣通入以水作為吸收液的陰極室，在催化劑和電化學(xué)的協(xié)同氧化作用下在水中生成濃度較低的硫酸，利用電滲析作用將陰極室中催化氧化生成的稀硫酸富集到陽極室，實(shí)現(xiàn)催化氧化、產(chǎn)物的有效分離及產(chǎn)物的富集濃縮，從而得到濃度達(dá)到產(chǎn)品級(jí)要求的濃硫酸；本技術(shù)有助于工業(yè)廢氣資源化利用，可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。
【IPC分類】B01D53-78, B01D53-86, B01D53-74, B01D53-50
【公開號(hào)】CN204365126
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420803007
【發(fā)明人】寧平, 于勇濤, 瞿廣飛, 李軍燕
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年12月18日