烟气钠碱脱硫吸收液膜电解再生过程特性及机理研究

Sodium alkali Flue Gas Desulfurization (FGD) method has increasingly been paid attention and been widely used owing to its advantages of simple process, high desulfurization efficiency and environment friendliness. However, Sodium alkali FGD has the disadvantages of use of expensive sodium alkali, high operation cost and potential pollution resulting from regeneration of sodium alkali FGD fertile liquor, which seriously restrict the implementation of sodium alkali FGD. Membrane electrolysis is superior for regeneration of sodium alkali FGD fertile liquor in terms of many respects and it provides an economic approach for desulfurization. Based on in-depth study of membrane electrolysis and sodium alkali FGD, the study aims at providing theoretical guidance and technical support for recycling of sodium alkali Flue Gas Desulfurization fertile liquor and simultaneously recovery of element sulfur by membrane electrolysis through employing instrument analysis or test design method such as FTIR、LRS、UV-Vis、ICP、NMR、EDS、EPR、XPS, ascertaining characteristics, function rules of process parameters and inner relations between parameters during the membrane electrolysis, unveiling transformation rule and precipitation mechanism of sulfur, revealing separation characteristics and stability of membrane, explaining regeneration mechanism and establishing mathematical model of recycling of sodium alkali Flue Gas Desulfurization fertile liquor by membrane electrolysis.

钠碱吸收法因工艺简单、脱硫效率高、环境友好等特点，在二氧化硫治理方面愈发受到重视与广泛应用。但是，钠碱法使用的钠碱较贵，且目前钠碱脱硫吸收液再生技术普遍存在运行费用高、产生二次污染的问题，严重制约了钠碱脱硫措施的实施。膜电解再生钠碱脱硫吸收液的工艺在诸多方面具有优势，为实现脱硫的低成本提供了一条新途径。在对膜电解和钠碱脱硫法进行深入研究的基础上，本项目采用FTIR、LRS、UV-Vis、ICP、NMR、EDS、EPR、XPS等仪器分析手段或试验设计方法，通过探明钠碱脱硫吸收液膜电解过程特性与参数作用规律以及各影响因素之间的内在联系，阐明硫转化规律和单质硫析出机制，揭示硫可控形成条件下膜的分离特性和稳定性，解析膜电解再生机理，建立钠碱脱硫吸收液膜电解再生数学模型，为烟气钠碱脱硫吸收液膜电解再生及回收单质硫工艺开发提供理论指导和技术支撑。

目前钠碱脱硫液再生的典型方法有热再生法和酸分解法，这两种方法分别有着能耗较高，设备腐蚀等缺点，电化学技术因为其需较少的化学试剂，在一定程度上更加环保而受到许多研究者的关注。.本项目探索了一条应用膜电解方法处理钠碱脱硫吸收液的两步法工艺路线，既能够充分利用钠碱法的优点，又能够利用电化学方法使钠碱脱硫吸收液得到再生，同时制得高附加值产品硫磺。这一方案主要包括两大部分，钠碱脱硫液再生系统-三室双阳膜电解过程；钠碱脱硫后液硫磺制备系统-两室单阳膜电解过程。.本项目分别考察了钠碱脱硫液再生过程和钠碱脱硫后液硫磺制备过程的影响因素，确定了最佳电解条件。对硫磺制备过程中的阴极板钝化问题提出了解决办法。本项目研究了利用316L不锈钢做阴极时，二氧化硫电化学还原制备硫磺过程的机理。提出二氧化硫经历了四个电子四个质子的还原过程，其反应由动力学过程控制。.本项目还研究了不锈钢电极的腐蚀问题，不锈钢电极廉价易得具有实用价值，但是电化学还原二氧化硫制备硫磺一般在酸性溶液中进行，所以不锈钢不可避免会发生一定程度的腐蚀。首先研究了一种不锈钢电极的活化方法，并将其用于二氧化硫的电还原，发现它在电化学还原二氧化硫制备硫磺方面能够提高产量，降低能耗；研究提出了活化不锈钢电极对二氧化硫反应活性的作用机理，发现活化过程提高了不锈钢电极的腐蚀活性，腐蚀产物为硫磺。在一定条件下，这种活化过程会同时在电解制备硫磺的开始阶段完成，使得不锈钢电极被活化。适当条件下，活化作用对产物的贡献率大概在10.33%和28.26%之间。.最后本项目对离子膜在使用过程的稳定性影响因素进行了考察，对不同离子膜之间的优缺点进行了比较；同时本项目还对钠碱脱硫后液硫磺制备系统建立了数学模型，模型指出了二氧化硫转化率以及硫磺产量和电解时间的关系。.以上结果有助于了解制备硫磺过程中二氧化硫在不锈钢电极上的电化学机理，可以为钠碱脱硫液的再生和高效利用提供工艺路线、数据参考和理论支持。