[發明專利]一種基于雙電極流動電解池電化學還原二氧化硫制備硫化氫的方法

在審

• 申請號: 202211171844.3
• 申請日: 2022-09-26
• 公開（公告）號: CN115354353A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 劉恢;王珠江;向開松;沈鋒華;劉旭東;付迎雪;伍琳
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C25B9/19
• 分類號: C25B9/19;C25B11/057;C25B11/061;C25B11/065;C25B11/089;C25B1/01;C01B17/16
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉

本發明公開了一種基于雙電極流動電解池電化學還原二氧化硫制備硫化氫的方法，該方法利用雙電極流動電解池進行二氧化硫電化學還原制備硫化氫過程中，在雙電極流動電解池的陰極室中填充陽離子交換樹脂，利用陽離子交換樹脂交換質子的特性來緩解電極表面局部pH升高的問題，提高SO₂電化學還原反應傳質，大大減少了氣泡對電極表面的影響，降低反應槽壓，提高反應的穩定性。

技術領域

本發明涉及一種電化學還原二氧化硫制備硫化氫的方法，特別涉及一種基于雙電極流動電解池電化學還原二氧化硫制備硫化氫的方法，屬于工業二氧化硫煙氣資源化利用技術領域。

背景技術

中國專利CN113122864A公開了一種二氧化硫電化學還原制備硫化氫的方法，該方法利用膜電極催化二氧化硫電化學還原生成硫化氫氣體，能夠將二氧化硫還原成硫化氫，但其存在的缺陷是在于電流密度低，從而限制了SO₂電催化還原的更大規模的應用。

采用流動電解池來實現膜電極催化二氧化硫電化學還原生成硫化氫氣體過程中，基于其電催化劑表面上有更高的反應物濃度、更短的傳輸路徑和合適的氣體擴散層基底，理論上更適合作為大規模應用的反應器。但是在實際使用過程中，當電流密度提高時，SO₂電催化還原為H₂S反應受氣泡影響大，槽壓不穩定，且偏大，因此，在提高電流密度的同時，降低槽壓是SO₂電催化還原走向工業化所必須解決的問題。

發明內容

針對現有技術中采用雙電極流動電解池實現二氧化硫電化學還原制備硫化氫過程中，存在槽壓不穩定、偏高等技術問題，本發明的目的是在于提供一種基于雙電極流動電解池電化學還原二氧化硫制備硫化氫的方法，該方法通過在雙電極流動電解池的陰極室中填充陽離子交換樹脂，利用陽離子交換樹脂交換質子的特性緩解電極表面局部pH升高的問題，提高SO₂電化學還原反應傳質，大大減少了氣泡對電極表面的影響，降低反應槽壓，提高反應穩定性。

為了實現上述技術目的，本發明提供了一種基于雙電極流動電解池電化學還原二氧化硫制備硫化氫的方法，該方法是利用雙電極流動電解池進行二氧化硫電化學還原制備硫化氫過程中，在雙電極流動電解池的陰極室中填充陽離子交換樹脂。

本發明技術方案的關鍵是在于利用陽離子交換樹脂離子質子交換特性，與溶液中H⁺進行離子交換和向電極表面傳遞質子，緩解大電流密度下電極表面pH急劇升高對SO₂還原的不利因素，促進電極反應進行，同時陽離子交換樹脂填充在陰極室的電解液通道中，會導致電解液流動通道變窄，根據伯努利方程可知，當液體從流通通道變窄時，流速會增大，因此填充樹脂會提升微通道內電解液流動狀態，會使得電解液的流速大大提高，減少氣泡在電極表面的黏附，促進SO₂電化學還原反應傳質，從而加快電極表面電解液的刷新速率以及提高氫氣副產物的排出效率，減少氣泡在電極表面的停留時間，降低反應器電阻，降低反應槽壓，提高反應穩定性。

作為一個優選的方案，所述陽離子交換樹脂為具備一定質子交換和傳遞能力的強酸性732氫型陽離子交換樹脂、強酸性732鈉型離子交換樹脂、弱酸性丙烯酸型陽離子交換樹脂中至少一種。最優選為強酸性732氫型陽離子交換樹脂和/或強酸性732鈉型離子交換樹脂。

作為一個優選的方案，所述陽離子交換樹脂通過以下方法進行預處理：采用質量百分比濃度為2％～5％的稀鹽酸進行浸泡18～30h。通過稀鹽酸的浸泡處理可以使得樹脂溶脹，同時清除樹脂孔道中的雜質，改善其質子交換能力，有利于電解液通過。

作為一個優選的方案，所述陽離子交換樹脂的填充量為0.5～1.25g/cm³。如果填充量為高于1.25g/cm³時，陰極室的電解液通道被陽離子交換樹脂緊密填充，樹脂對氣體擴散電極的壓力過大，容易造成氣體擴散電極的破裂；如果填充量低于0.5g/cm³時，陽離子交換樹脂在通道內流動，并不能很好地接觸電極表面(如圖2中所示)。