[發明專利]一種通過單室燃料電池處理含硫廢水回收單質硫并聯產電能的方法

有效

• 申請號: 201210365584.3
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN102881961A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 孫敏;翟林峰;宋偉;王華林
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06;C01B17/02;C02F1/461;C02F101/10
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

一、技術領域

本發明涉及一種含硫廢水回收硫的方法，具體地說是一種通過單室燃料電池處理含硫廢水回收單質硫并聯產電能的方法。

二、背景技術

對于水相中的硫化物，可以首先在酸性條件下吹脫使其轉化成硫化氫氣體，然后采用氧化劑氧化、熱分解、電化學分解等方法得到單質硫，也可以直接向水相中通入氧氣或投加臭氧、過氧化氫、高錳酸鉀等氧化劑將硫化物氧化成為單質硫。采用以上方法回收單質硫的過程中需要添加化學藥品和催化劑或者采取加熱措施，因而成本較高，并且投加化學藥品會引起二次污染，對于反應末端產物也需要作進一步處理。利用硫氧化細菌的生物氧化方法可實現由硫化物向單質硫的轉化，但為了使硫化物的氧化停留在單質硫階段，需要采用特定的硫氧化細菌以及嚴格控制細菌生長條件，得到的產物一般是單質硫和硫酸鹽的混合物，而且單質硫如果不及時分離有可能被微生物進一步氧化或重新還原，增加了單質硫的回收難度。

有研究者嘗試在電化學反應器中通過微生物催化或控制電勢的方法處理廢水中的硫化物，并提出對主要產物單質硫進行回收(Rabaey?K?et?al.,Environmental?Science?&?Technology，2006;40,5218-5224;Dutta?PK?et?al.,Water?Research,2010;44,2563-2571)。但是，迄今為止，人們仍未能很好地控制硫化物的電化學氧化進程，使得產物包括多種價態的含硫化合物。因此，電化學方法的成功應用尚需解決反應進程的控制、電極鈍化的消除、產物的回收等問題。

近年來，脫除天然氣、煙煤氣中硫化氫的濕式氧化技術已經被廣泛地研究。在該技術中，硫離子首先被活性氧化劑氧化成單質硫，氧化劑被還原；而后氧化劑通過再生過程重新轉化為活性形態。其中鐵基氧化還原技術由于可以定向地將硫化物氧化成為單質硫，而且無毒環保、腐蝕性小，是較為理想的資源化脫硫技術。在鐵基氧化還原技術中，Fe(III)的再生是影響系統脫硫效率的關鍵。通常采用向溶液中曝氣的方式，利用空氣中氧氣直接將Fe(II)氧化成為Fe(III)，由于氧氣在溶液中的溶解度極小，Fe(III)的再生受氣液傳質速率制約無法以較快的速度進行。也有人采用電解的方法再生Fe(III)，同時副產氫氣(Gendel?Y?et?al.,Environmental?Science?&?Technology，2009;43,8315-8319)，而如何有效地控制電解過程中副反應的發生以及提高電能利用效率、降低運行成本是該技術推廣之前必須要解決的問題。對于絡合鐵工藝而言，再生過程中存在配位體的降解問題，這主要是由于氧氣氧化或電解時配位體受到氧化劑如O₂，H₂O₂，·OH的攻擊引起的。雖然通過加入硫代硫酸鈉等還原性物質能在一定程度上緩解配位體的降解速度，卻無法從根本上杜絕其降解(Hardison?LC,US?Patent,1992;5139753)。由于配位體降解的問題一直未能很好地解決，這給絡合鐵系統的穩定運行增加了難度。在鐵基氧化還原過程中，副產物伴隨著單質硫同時生成，Fe(III)可將硫離子不完全氧化成為多硫離子，當體系中存在氧氣時還會生成硫代硫酸鹽等氧硫化合物。盡管可以通過調節溶液組分、pH值、鐵硫比等方式減少副產物的生成，在副反應控制方面的研究仍有待提高。因此，尋求高效而經濟的Fe(III)再生手段，同時采取行之有效的措施控制配位體降解，抑制副產物的生成，是提高鐵基氧化還原技術脫硫效率的核心問題。

三、發明內容

本發明旨在提供一種通過單室燃料電池處理含硫廢水回收單質硫并聯產電能的方法，本發明采用單室燃料電池技術由硫化物回收單質硫，不僅不需要消耗能源，而且可以通過Fe(III)的再生回收電能。

本發明采用空氣陰極驅動下的單室燃料電池進行Fe(II)向Fe(III)的再生，其中Fe(II)的氧化與氧氣的還原分別在兩個電極上發生，而非Fe(II)與氧氣直接接觸反應過程，因此反應突破氣液傳質速率限制，同時有效抑制副產物的生成和配位體的降解，以較高的效率回收單質硫。

本發明通過單室燃料電池處理含硫廢水回收單質硫并聯產電能的方法，其特征在于：