一种SF6废气的电化学降解方法

一种sf6废气的电化学降解方法
技术领域
1.本发明涉及废气处理技术领域，特别涉及一种sf6废气的电化学降解方法。


背景技术：

2.sf6绝缘性能是空气的2.5倍，灭弧性能是空气的约100倍，围绕sf6设计和开发的电力设备被广泛使用。尽管sf6具有诸多优良的性质，但是其本身具有极强的温室效应，是诸多环境公约中规定的限制性排放气体，sf6的使用和排放一直是环境领域关注的重点。近年来随着电力工业的发展，sf6作为最具代表的绝缘气体，其使用量也呈现上升趋势。
3.sf6被列为六大限制性气体之一，其他五个分别是二氧化碳(co2)、甲烷(ch4)、氧化亚氮(n2o)、氢氟碳化物(hfcs)、全氟化碳(pfcs)，其中sf6是单位体积温室效应值最高的气体。sf6的gwp值是co2的23500倍，远超其他温室气体，同时sf6稳定性很强，能够在大气层中稳定存在上千年。因此可见，sf6的减排具有很强的环境意义，sf6废气的处理目前存在巨大的经济效益和社会效益。
4.因此，有必要开发一种sf6废气的环保处理方法。


技术实现要素：

5.本发明目的是提供一种sf6废气的电化学降解方法，产物易于分离，步骤简单且环保，同时降解率高，经检测sf6的降解率达到了82～92％。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明提供了一种sf6废气的电化学降解方法，所述方法包括：
8.组装电解池，所述电解池包括阳极区、阴极区、以及用于隔开所述阳极区和所述阴极区的隔膜；其中，所述阳极区采用pt网状电极作为阳极，阳极室电解液包括agno3和h2so4溶液；所述阴极区采用cu电极作为阴极，以饱和甘汞电极为参比电极，阴极室电解液包括氰化镍络合物和koh溶液；
9.向所述阴极区充入sf6废气；
10.向所述阳极、所述阴极和所述参比电极加压以进行电解反应，并采集气相产物和液相产物进行分析。
11.进一步地，所述阳极室电解液为加入了浓度范围为20～30mm的agno3的4.5～5.5m的h2so4溶液。
12.进一步地，所述阴极室电解液为加入了浓度范围为45～55mm的氰化镍络合物的9.5～10.5m的koh溶液。
13.进一步地，所述隔膜为32型隔膜。
14.进一步地，所述向所述阴极区充入sf6废气，具体包括：
15.设置气体输送装置，所述气体输送装置包括气罐、输气管道和设于所述输气管道上的球阀，所述输气管道一端与所述气罐相连通，另一端与所述阴极区相连通，所述气罐内装有sf6废气；
16.打开所述球阀，向所述阴极区充入sf6废气。
17.进一步地，所述sf6废气为sf
6-ar混合气体，其中sf6的含量为5％～15％。
18.进一步地，所述向所述阳极、所述阴极和所述参比电极加压，具体包括：
19.将电化学工作站与所述阳极、所述阴极和所述参比电极分别进行电连接，通过所述电化学工作站进行加压。
20.进一步地，所述加压的时间为3～5h，所述工作电压的范围为1.5v～2.5v。
21.进一步地，所述阳极区和所述阴极区均设有气相产物导出管和液相产物导出管，通过所述气相产物导出管和液相产物导出管进行收集气相产物和液相产物。
22.进一步地，所述采集气相产物和液相产物进行分析，具体包括：
23.使用电位滴定装置测定氧化还原电位证明反应的发生程度；
24.使用气体检测仪检测所述气相产物；
25.使用离子分析仪检测所述液相产物。
26.本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
27.1、本发明实施例提供的一种sf6废气的电化学降解方法，降解sf6能够在室温环境下进行反应，反应所需能量少，对于降解方法的工业化应用极具优势。
28.2、使用电化学降解方法降解sf6能够将sf6降解在阴极池得到的有毒气体产物有毒气体of2、sof2和so2气体产物在阳极池完全吸收，得到无毒产品hf-2
形式的氟离子以及硫酸盐离子。
29.3、通过电化学讲解法能够得到有工业应用价值的含氟离子无机盐以及硫酸盐产物，同时降解率高，经检测sf6的降解率达到了82～92％。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
31.图1为本发明实施例提供的一种sf6废气的电化学降解方法中的组装电解池的结构图；1：sf6气体气罐、2：输气管道、3：球阀、4：气相产物导出管、5：液相产物导出管、6：电化学工作站、7：参比电极、8：工作电极(阴极)、9：隔膜、10：对电极(阳极)；11：阀门；
32.图2为本发明实施例提供的一种sf6废气的电化学降解方法的流程图。
具体实施方式
33.下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明实施例，本发明实施例的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明实施例，而非限制本发明实施例。
34.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为根据本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明实施例所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
35.除非另有特别说明，本发明实施例中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均
可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
36.本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路根据下：
37.根据本发明实施例一种典型的实施方式，提供一种sf6废气的电化学降解方法，如图2所示，所述方法包括：
38.步骤s1、组装电解池，所述电解池包括阳极区、阴极区、以及用于隔开所述阳极区和所述阴极区的隔膜；其中，所述阳极区采用pt网状电极作为阳极，阳极室电解液包括agno3和h2so4溶液；所述阴极区采用cu电极作为阴极，以饱和甘汞电极为参比电极，阴极室电解液包括氰化镍络合物和koh溶液；
39.具体地，所述步骤s1中，
40.所述阳极室电解液为加入了浓度范围为(20mm～30mm)agno3的(4.5～5.5)m h2so4溶液。采用所述浓度范围的agno3以及所述浓度范围的h2so4溶液的原因为：电解过程中agno3需要在强酸环境中保持活性状态，若agno3浓度过大或过小有影响阳极池反应平衡不利影响；若h2so4浓度过大或过小有导致agno3活性下降的不利影响；
41.所述阴极室电解液为加入了浓度范围为(45mm～55mm)氰化镍络合物的(9.5～10.5)m的koh溶液。采用所述浓度范围的氰化镍络合物以及所述浓度范围的koh溶液的原因为：电解过程中氰化镍络合物需要在强碱环境中保持活性，若氰化镍络合物浓度过大或过小有影响阴极池反应平衡不利影响；若koh浓度过大或过小有导致氰化镍络合物活性下降不利影响；
42.所述隔膜为32型隔膜。在其他实施方式中，还可采用nafion117，nafion212，nafion115等阳离子交换膜。
43.作为一种具体的实施方式，图1中，标号11为小型阀门，用于在检测阴阳两极各自气体产物的时候把两边隔开，在电解过程中打开使气路联通。
44.步骤s2、向所述阴极区充入sf6废气；
45.所述步骤s2，具体包括：
46.设置气体输送装置，所述气体输送装置包括气罐、输气管道和设于所述输气管道上的球阀，所述输气管道一端与所述气罐相连通，另一端与所述阴极区相连通，所述气罐内装有sf6废气；
47.打开所述球阀，向所述阴极区充入sf6废气。
48.所述sf6废气为sf
6-ar混合气体，其中sf6占所述sf
6-ar混合气体的体积比为5％～15％。采用sf
6-ar混合气体的优点或者原因为：以ar气作为废气背景气体，有助于控制sf6缓慢通入溶液，使sf6能够充分溶入溶液，在阴极处反应，以便反应能够持续高效的进行；ar加入过多导致充入sf6速度过于缓慢，影响反应速率，加入过少导致sf6无法及时溶解在溶液中，以至于sf6逸出，影响降解效率；
49.步骤s3、向所述阳极、所述阴极和所述参比电极加压以进行电解反应，并采集气相产物和液相产物进行分析。
50.所述步骤s3，具体包括：
51.将电化学工作站与所述阳极、所述阴极和所述参比电极分别进行电连接，通过所述电化学工作站进行加压。
52.所述加压的时间为3～5h，所述工作电压的范围为1.5v～2.5v。所述加压的压力和
时间的范围有利于sf6充分降解；
53.所述阳极区和所述阴极区均设有气相产物导出管和液相产物导出管，通过所述气相产物导出管和液相产物导出管进行收集气相产物和液相产物。
54.此外或替代性地，使用电位滴定装置测定orp(氧化还原电位)证明反应的发生程度。
55.此外或替代性地，使用气体检测仪(fitr在线气体分析仪)检测阴极区阳极区产生气体。
56.此外或替代性地，使用离子分析仪检测阴极池阳极池内产生的离子产物。
57.本发明的电解反应中，涉及到的电化学反应方程式为：
58.(1)阴极池：ni
2+
+e-→
ni
+
[0059][0060][0061]
(2)阳极池：
[0062][0063][0064][0065]
(3)总反应方程式：
[0066][0067]
综上可知，本发明提供一种sf6废气的电化学降解方法，步骤简单且环保，产物易于分离。
[0068]
下面将结合实施例、对比实验数据对本技术的一种sf6废气的电化学降解方法进行详细说明。
[0069]
实施例1
[0070]
组装电解池，所述电解池包括阳极区、阴极区、以及用于隔开所述阳极区和所述阴极区的隔膜；其中，所述阳极区采用pt网状电极作为阳极，阳极室电解液为加入了浓度为25mmagno3的5m h2so4溶液；所述阴极区采用cu电极作为阴极，以饱和甘汞电极为参比电极，阴极室电解液为加入了浓度为50mm氰化镍络合物的10m koh溶液；
[0071]
向所述阴极区充入sf6废气；
[0072]
向所述阳极、所述阴极加压4h(工作电压的范围为1.5v～2.5v)以进行电解反应，并采集气相产物和液相产物进行分析。
[0073]
停止电解后，分离得到目标产物，得到有工业应用价值的含氟离子无机盐以及硫酸盐产物，同时降解率高，经检测sf6的降解率达到了92％。
[0074]
实施例2
[0075]
该实施例中，阳极室电解液为加入了浓度为20mmagno3的4.5m h2so4溶液；阴极室电解液为加入了浓度为45mm氰化镍络合物的9.5m koh溶液；其他步骤同实施例1。
[0076]
停止电解后，分离得到目标产物，得到有工业应用价值的含氟离子无机盐以及硫酸盐产物，同时降解率高，经检测sf6的降解率达到了87％。
[0077]
实施例3
[0078]
该实施例中，阳极室电解液为加入了浓度为30mmagno3的5.5m h2so4溶液；阴极室电解液为加入了浓度为55mm氰化镍络合物的10.5m koh溶液；其他步骤同实施例1。
[0079]
停止电解后，分离得到目标产物，得到有工业应用价值的含氟离子无机盐以及硫酸盐产物，同时降解率高，经检测sf6的降解率达到了82％。
[0080]
对比例1
[0081]
该对比例中，阳极室电解液为加入10mmagno3和3m h2so4溶液，其他条件均同实施例1，电解得到目标产物，降解率变为23％。
[0082]
对比例2
[0083]
该对比例中，阴极室电解液为加入30mm氰化镍络合物和6m koh溶液，其他条件均同实施例1，分离得到目标产物，产率变为29％。
[0084]
对比例3
[0085]
该对比例中，工作电极(阴极)变为镍电极，其他条件均同实施例1，分离得到目标产物，产率变为57％。
[0086]
对比例4
[0087]
该对比例中，工作电压为1.0v，电解时间变为30min，其他条件均同实施例1，分离得到目标产物，产率变为17％。
[0088]
实验例1
[0089]
为方便对比，分别对各实施例和各对比例的实验参数进行统计如表1所示。
[0090]
表1
[0091]
[0092][0093]
由表1数据可知：
[0094]
对比例1中，阳极室电解液中agno3和h2so4溶液的比例不合适，不在本发明实施例的范围，降解率只有23％；
[0095]
对比例2中，阴极室电解液中氰化镍络合物和koh溶液的比例不合适，不在本发明实施例的范围，降解率只有29％；
[0096]
对比例3中，电极不合适，降解率低；
[0097]
对比例4中，工作电压过小，降解时间较短，降解率只有17％；
[0098]
本发明实施例1-实施3中，sf6的降解率达到82～92％，高于对比例1-4。
[0099]
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0100]
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
[0101]
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明实施例权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明实施例也意图包含这些改动和变型在内。