电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种利用电渗析技术净化处理低浓度二氧化硫工业废气的装置， 属于环境工程领域。
【背景技术】
[0002] SO2是常见的大气主要污染物之一，SO2污染主要由能源消耗引起，而经济发展又 离不开能源的支持，我国能源构成又以煤为主，而大量燃烧含硫量较高的煤是导致30 2大量 排放和严重污染的重要因素。《中国环境状况公报》表明，从1990年起我国大中城市的大 气污染较严重，小城镇的大气污染也有加重的趋势，近年来雾霾天气的范围和程度均有所 增强。在SO 2气体的净化处理方面，国内外已进行过大量研究。对于硫的净化分燃烧前中 后三种类型，针对SOJl气的净化有固相吸收、液相吸收、固相催化氧化、液相催化氧化等方 法，用电化学方法净化SO 2的研究已有电子束脱硫法、等离子体法。在传统的接触氧化制硫 酸工艺中，由SO2转化为SO 3的过程要求在高温和催化剂存在下完成，对SO 2气相氧化能量 要求高，成本也高，在液相氧化SO2可使转化能量损耗大幅度降低。
[0003] 电渗析技术是在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择 透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的淡化、浓缩、精制或纯化的目的。电渗 析技术具有许多优点，如：占地面积小，基建投资少，节省劳动力，维修方便，易实现自动化 等；它即不像蒸馏将90%以上的水变成水蒸汽那样须消耗大量燃料，也不同于反渗透须用 高压泵将大量的水分子挤出半透膜，或离子交换那样频繁再生，排出酸碱废液再度污染环 境。在这些方面，电渗析具有独特优点。
[0004][0005]
【发明内容】
[0006] 本实用新型的目的是提供一种电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置，在 一个反应器中完成催化氧化和富集浓缩，该设备结构简单，易于操作控制，能够提高吸收效 率、催化剂活性、硫酸产率并降低生产成本。
[0007] 该装置包括电渗析室2、电源，其中电渗析室为圆柱形封闭腔室，电渗析室由下隔 板13和上隔板17分隔为下层曝气室9、中层反应室14、上层分离室20,曝气筛板12安装在 下隔板13下方，下层曝气室9上部设置有阴极液入口 8并位于曝气筛板12上方，下层曝气 室下部设置有混合气入口 11并位于曝气筛板12下方；上层分离室20-侧设置有阴极液出 口 3,上层分离室上部设置有净化气出口 19 ;阳极板、离子交换膜和阴极板螺旋式卷绕在中 层反应室14中，离子交换膜5设置在阴极板4和阳极板6间，离子交换膜和阴极板间的间 隙形成阴极室，阳极板和离子交换膜间的间隙形成阳极室，下隔板13上开有反应室阴极液 入口 7并与阴极室连通，上隔板17上开有反应室阴极液出口 15并与阴极室连通，阳极液入 口 10和阳极液出口 18分别设置在电渗析室下部和上部并与阳极室连通，阴极柱1与阴极 板4连接，阳极柱16与阳极板6连接，阴极柱1与电源负极连接，阳极柱16与电源正极连 接。
[0008] 所述电渗析室由聚四氟乙烯板材制备，阴极板为不锈钢电极板，阳极板为钛或钛 镀氧化金属电极板。
[0009] 本装置使用时，以水为二氧化硫的吸收液，在水中加入过渡金属盐催化剂，将配置 好的吸收液从阴极液入口 8注入下层曝气室，二氧化硫气体从混合气入口 11进入并通过暴 气筛板12与吸收液充分混合，然后由阴极液入口 7进入电渗析室的阴极室中吸收催化氧 化；二氧化硫与水反应生成亚硫酸，要生成硫酸还需使用催化剂将亚硫酸催化氧化为硫酸， 此过程的催化剂为过渡金属盐，该催化剂易溶于水，对于二氧化硫具有较高的催化活性，并 可通过装置本身的电化学过程再生使用；在阴极室中经催化氧化生成的硫酸在电场的作用 下通过具有强碱性活性交换基团的离子交换膜，使硫酸根离子在阳极室富集，硫酸根离子 与阳极电解产生的氢根离子结合生成高浓度的硫酸，硫酸通过阳极液出口 18收集，阴极室 吸收液通过反应室阴极液出口 15进入上层分离室，净化后气体由净化气出口 19排出，吸收 液通过阴极液出口 3排出。
[0010] 本装置所述富集浓缩过程中所使用的两电极间的电压值根据膜面积大小和极间 距而调整，使电渗析装置的工作电流密度保持在l~5A/m2。
[0011] 本装置能实现电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的方法，该方法是与现有二 氧化硫两转两吸净化工艺完全不同的净化低浓度二氧化硫废气生产硫酸的工艺，该工艺将 催化氧化和富集浓缩集成在一个反应器中完成，且工艺条件温和，工艺流程简单，便于广泛 的工业化生产，降低了净化成本，减少了二次污染。
[0012] 该方法以水为吸收液，加入过渡金属盐作为活性催化剂，在电压为0. 5~6V条件 下，将流速为20~5000ml/min、二氧化硫浓度为50~5000ppm的废气通入电渗析反应器， 在曝气室和阴极室的混合流动过程中SO 2被吸收和氧化，阴极室生成的浓度较低的硫酸在 电场作用下通过离子交换膜进入阳极室得到浓缩，部分未被完全氧化的亚硫酸也在阳极室 电化学氧化为硫酸，处理后气体为净化气体。
[0013] 所述过渡金属盐为？63+1113+、？62+111 2+、(：〇2+、附2+、2112+盐中的一种，浓度为0.001~ lmol/L〇
[0014] 所述离子交换膜为全氟磺酸/氧化锰/聚四氟乙烯复合离子交换膜，该离子交换 膜按如下方法制备得到：
[0015] (1)在质量百分比浓度为5%的全氟磺酸溶液中等量加入加入等体积质量百分比 浓度0.1-1%表面活性剂溶液混合、搅拌、超声以使其均匀分布；
[0016] (2)将氧化锰粉末、正硅酸乙酯、无水乙醇和硫酸按质量比为0. 1:1:5:0. 1~0.3: 2:5:0. 1的比例混合，高速搅拌10~24小时，形成氧化锰溶胶，将该溶胶加入配置好的等质 量全氟磺酸溶液中，得到全氟磺酸/氧化锰溶液；
[0017] (3)将聚四氟乙烯多孔膜用乙醇和去离子水清洗、烘干后放入异丙醇中浸泡12~ 24h并晚干；
[0018] (4)将经过处理的聚四氟乙烯多孔膜放入全氟磺酸/氧化锰溶液浸泡24~48h， 取出后滚压，120°C烘干，然后再浸泡再滚压如此反复4~5次，即得到全氟磺酸/氧化锰/ 聚四氟乙烯复合离子交换膜。
[0019] 所述表面活性剂为Triton X-100。
[0020] 本发明利用电渗析技术处理二氧化硫废气，以水为主要的二氧化硫的吸收液，二 氧化硫溶于水时，吸收液中存在下列平衡：
【主权项】
1. 一种电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置，其特征在于：其包括电渗析 室、电源，其中电渗析室为圆柱形封闭腔室，电渗析室由下隔板（13)和上隔板（17)分隔为 下层曝气室（9)、中层反应室（14)、上层分离室（20)，曝气筛板（12)安装在下隔板（13)下 方，下层曝气室上部设置有阴极液入口（8)并位于曝气筛板（12)上方，下层曝气室下部设 置有混合气入口（11)并位于曝气筛板（12)下方；上层分离室一侧设置有阴极液出口（3)， 上层分离室上部设置有净化气出口（19);阳极板（6)、离子交换膜（5)和阴极板（4)螺旋式 卷绕在中层反应室中，离子交换膜（5)设置在阴极板（4)和阳极板（6)间，离子交换膜和阴 极板间的间隙形成阴极室，阳极板和离子交换膜间的间隙形成阳极室，下隔板（13)上开有 反应室阴极液入口（7)并与阴极室连通，上隔板（17)开有反应室阴极液出口（15)并与阴极 室连通，阳极液入口（10)和阳极液出口（18)分别设置在电渗析室下部和上部并与阳极室 连通，阴极柱（1)与阴极板（4)连接，阳极柱（16)与阳极板（6)连接，阴极柱（1)与电源负 极连接，阳极柱（16)与电源正极连接。
2. 根据权利要求1所述的电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置，其特征在 于：阴极板为不镑钢电极板，阳极板为铁或铁锻氧化金属电极板。
【专利摘要】本实用新型公开了一种电渗析协同液相净化二氧化硫工业废气的装置，该装置包括电渗析室、电源，其中电渗析室为圆柱形封闭腔室，电渗析室由下隔板和上隔板分隔为下层曝气室、中层反应室、上层分离室，曝气筛板安装在下隔板下方，下层曝气室上部设置有阴极液入口并位于曝气筛板上方，下层曝气室下部设置有混合气入口并位于曝气筛板下方；该装置将电渗析技术、液相催化氧化技术相结合，应用于二氧化硫废气的吸收与净化，二氧化硫废气通入以水作为吸收液的阴极室，在催化剂和电化学的协同氧化作用下在水中生成浓度较低的硫酸，利用电渗析作用将阴极室中催化氧化生成的稀硫酸富集到阳极室，实现催化氧化、产物的有效分离及产物的富集浓缩，从而得到浓度达到产品级要求的浓硫酸；本技术有助于工业废气资源化利用，可产生巨大的经济效益与社会效益。
【IPC分类】B01D53-78, B01D53-86, B01D53-74, B01D53-50
【公开号】CN204365126
【申请号】CN201420803007
【发明人】宁平, 于勇涛, 瞿广飞, 李军燕
【申请人】昆明理工大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年12月18日