用于海水脫硫恢復系統的電化學-化學復合氧化方法探討*

徐海波， 劉 燕， 蘆永紅， 王小立

(1. 中國海洋大學化學化工學院，海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室， 山東 青島 266100；2. 北京龍源環保工程有限公司，北京 100044)

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用于海水脫硫恢復系統的電化學-化學復合氧化方法探討*

徐海波1， 劉 燕1， 蘆永紅1， 王小立2

(1. 中國海洋大學化學化工學院，海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室， 山東 青島 266100；2. 北京龍源環保工程有限公司，北京 100044)

聚丙烯腈基碳纖維；海水脫硫恢復系統；電化學氧化；亞硫酸根

酸雨是全球關注的環境問題，由燃煤等產生的酸性氣體(二氧化硫等)隨煙氣排入大氣所致[1]。中國大、中型火電廠的煙氣脫硫系統大多采用石灰石-石膏法和循環流化床等工藝，但存在著成本高、系統復雜和易出現結垢阻塞等缺點[2-4]。近年來，在沿海地區海水法煙氣脫硫已成為發展成熟的新技術，它具有如下優點[5]：(1)以電廠循環冷卻海水作為吸收劑，淡水消耗低；(2)被吸收的SO2轉化成海水中的硫酸鹽，不存在廢棄物處理等問題；(3)海水溶硫能力強，脫硫效率達95%以上；(4)不存在設備結垢堵塞的問題；(5)建設、運行、維護費用較低，操作簡單。

1 實驗部分

1.1 藥品與材料

亞硫酸鈉、碘化鉀、鹽酸、淀粉購自國藥集團化學試劑有限公司，碘酸鉀購自上海試劑三廠。實驗中用青島小麥島海水，pH值為7.6～8.3，DO值為6.8～9.8。

PAN-CF刷電極制備按照之前采用的工藝[15]：將單絲直徑7～8 μm的12K聚丙烯腈基碳纖維絲束(Toray T700S)和直徑1 mm的鈦絲(TA2)編制成瓶刷狀，刷體長度180 mm，直徑30 mm，采用電化學活化得到改性聚丙烯腈基碳纖維(MPAN-CF)刷電極。電化學活化方法為：采用在2 mol·L-1硫酸溶液中恒電流循環氧化-還原處理，先恒流陽極氧化300 s，再恒流陰極還原300 s，氧化和還原電流均為3A，循環6次，最后水洗至中性。

圖1 電化學—化學復合氧化海水脫硫恢復系統模擬裝置示意圖

1.2 實驗裝置與步驟

實驗裝置如圖1，儲液池中盛放待處理水樣，反應池用來模擬ECO—曝氣(即電化學-化學復合氧化)恢復單元，pH計(上海般特，PHS-3CW)和溶氧儀(上海雷磁，JPSJ-605)用來測定pH和溶解氧，通過直流潛水泵實現水樣在儲液池和反應池間的循環流動，空氣經曝氣泵通入反應池中。用電化學儀器(上海正方電子，ZF-9恒電位/恒電流儀)對反應池中的兩支陰、陽刷電極進行ECO控制。

1.3 陽極極化曲線測試方法

將電化學改性前后的PAN-CF絲束(有效工作長度5 cm)作為工作電極，10 cm2的鉑片為輔助電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，放入315 mg/L Na2SO3+3.5%NaCl溶液(pH=6)中組成三電極體系。用EG&G PAR Model 273A ( Princeton，USA)室溫下測量陽極極化曲線，電位區間為-0.4～0.8V，掃速為5 mV·s-1。

2 結果與討論

圖2 改性前后的PAN-CF絲束電極在315 mg/L Na2SO3+3.5% NaCl溶液(pH=6)中的陽極極化曲線

(1)

陰極：O2+2H2O+2e→H2O2+2OH-

(2)

(3)

或：O2+2H2O+4e→4OH-

(4)

2.2 不同氧化方式pH值與氧化效率的關系

2.3 不同氧化方式對氧化效率和pH影響

2.4 一次摻混比對氧化效率和pH的影響

(First mixing ratio of integrated electrochemical-chemical oxidation: a-3:1, b-2:1, e-1:1; first mixing ratio of chemical oxidation: c-3:1, d-2:1, f-1:1)

2.5 延長曝氣時間對海水恢復的影響

2.6 二次摻混對海水恢復的影響

3 結語

[1] 周博, 張蕊. 海水脫硫工藝比較 [J]. 廣州化工, 2010, 38(4): 34-38.

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[3] 鄒洋, 夏凌風, 王運東, 等. 燃煤電廠煙氣脫硫技術最新進展 [J]. 化工進展, 2011, 30: 702-708.

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[16] 黃自強, 張克, 許昆燦, 等. GB 3097-1997海水水質標準 [S]. 北京: 中國環境科學出版社, 1997.

責任編輯 徐 環

Study on Integrated Electrochemical-Chemical Oxidation Used in Seawater Desulfurization Recovery System

XU Hai-Bo1, LIU Yan1, LU Yong-Hong1, WANG Xiao-Li2

(1. The Key Laboratory of Marine Chemistry Theory and Technology, Ministry of Education,College of Chemistry and Chemical Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266003, China;2. Beijing Longyuan Environmental Protection Engineering Co. Ltd., Beijing 100044, China)

polyacrylonitrile-based carbon fiber; seawater desulfurization recovery system; electrochemical oxidation; sulfite ion

青島市科技發展計劃項目(12-1-4-1-(28)-jch)資助

2014-03-12；

2014-04-17

徐海波(1972-)，男，高級工程師。E-mail: xuwangri@163.com

O646.5

A

1672-5174(2015)04-066-06

10.16441/j.cnki.hdxb.20140064