[發明專利]一種防止電催化還原二氧化硫過程中單質硫對電極表面黏附的方法

有效

• 申請號: 202010528603.4
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111663148B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 劉恢;劉旭東;沈鋒華;柴立元;朱芳芳;向開松;謝小峰;閔小波;楊志輝;李青竹;王海鷹;唐崇儉;王慶偉
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C25B1/00
• 分類號: C25B1/00;C25B11/042;C25B11/075
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發明公開了一種防止電催化還原二氧化硫過程中單質硫對電極表面黏附的方法。電催化還原過程采用三電極體系，三電極體系的陰陽極室采用質子膜隔開，陰極室內的電解液為添加了表面活性劑的二氧化硫吸收液，陽極室內的電解液為Na₂SO₄/H₂SO₄混合溶液，以鉛等金屬電極作為工作電極，Pt作為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，通過電催化還原后，從陰極室內的電解液中析出單質硫顆粒，該方法主要通過加入表面活性劑解決二氧化硫電催化還原過程中析出的單質硫在電極表面黏附的問題。該方法不但能高效電催化還原二氧化硫生成單質硫，且能夠有效杜絕單質硫對電極表面的毒化，且流程短操作簡單，無二次污染，有利于工業化應用。

技術領域

本發明涉及一種二氧化硫電催化還原合成單質硫的方法，具體涉及一種利用表面活性劑來防止電催化還原二氧化硫過程中生成的單質硫對電極表面黏附的方法，屬于有色冶煉煙氣回收有用資源技術領域。

背景技術

基于環境保護以及資源循環使用的理念，目前對于大氣污染的研究已逐漸著重于將污染物如何資源化利用的方向。對于二氧化硫污染氣體的資源化利用，主要為通過氧化制備硫酸或者通過還原制備硫磺。隨著我國硫磺需求量的增大，如何將二氧化硫簡單有效的轉化為單質硫的技術得到了持續的關注與發展。電催化還原二氧化硫生成單質硫由于反應條件溫和，低能耗、操作簡單，是一種很有應用前景的方法，但是現有技術中涉及的電還原催化劑普遍存在催化還原效率低的問題，且電催化還原二氧化硫在陰極還原生成單質硫過程中，由于硫本身容易和電極材料粘附，導致電極有效面積減少，長時間連續電解后會導致電解效率大幅降低，這是目前實現有色冶煉煙氣中高濃度SO₂電催化還原過程急需要解決的技術問題。

發明內容

針對現有的二氧化硫電催化轉化成單質硫的方法存在催化效率低，以及單質硫在電極表面黏附從而毒化電極等缺陷，本發明的目的是在于提供一種對二氧化硫具有高電催化還原效率，且能夠有效防止還原生成的單質硫黏附毒化電還原催化劑的方法，且該方法可在常溫常壓下實施，操作簡單，可大幅降低能耗，有利于推廣應用。

為了實現上述技術目的，本發明提供了防止電催化還原二氧化硫過程中單質硫對電極表面黏附的方法，電催化還原過程采用三電極體系，所述三電極體系的陰極室和陽極室采用質子膜(杜邦N117)隔開，陰極室內的電解液為添加了表面活性劑的二氧化硫吸收液，陽極室內的電解液為Na₂SO₄/H₂SO₄混合溶液，以金屬電極(鉛、銅、鈦等)作為工作電極，Pt作為對電極，飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極，通過電催化還原后，從陰極室內的電解液中析出單質硫顆粒。還原電壓控制在-0.6V～-1.2V。

優選的方案，所述表面活性劑為異丙醇、十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮中至少一種。通過采用優選的表面活性劑，能夠減少二氧化硫電催化還原生成的單質硫在電催化還原電極表面的粘附，從而顯著減弱單質硫對電極的毒化作用。

優選的方案，所述表面活性劑為在二氧化硫吸收液中的添加濃度為0.1～5g/L。

優選的方案，所述二氧化硫吸收液為二氧化硫水吸收液或二氧化硫堿性吸收液。二氧化硫的水吸收液主要為H₂SO₃溶液，二氧化硫堿性吸收液如亞硫酸氨溶液、亞硫酸鉀溶液、亞硫酸鈉溶液等，這些吸收液都適用于本發明的技術方案。

優選的方案，所述金屬電極為鉛電極、銅電極或鈦電極。通過選擇合適的金屬電極作為電催化還原催化劑能夠明顯提高二氧化硫的電催化還原效率。特別是在采用鉛電極作為電催化還原催化劑時，對二氧化硫的電催化還原效率遠優于銅電極和鈦電極。

優選的方案，電催化還原過程中控制二氧化硫吸收液的pH2。控制pH小于2的酸性環境有利于二氧化硫的電催化還原過程的進行，如果pH高于2則二氧化硫的電催化還原過程難以進行，可以借助無機酸調節pH至小于2。