[发明专利]一种基于双电极流动电解池电化学还原二氧化硫制备硫化氢的方法

说明书

本发明公开了一种基于双电极流动电解池电化学还原二氧化硫制备硫化氢的方法，该方法利用双电极流动电解池进行二氧化硫电化学还原制备硫化氢过程中，在双电极流动电解池的阴极室中填充阳离子交换树脂，利用阳离子交换树脂交换质子的特性来缓解电极表面局部pH升高的问题，提高SO₂电化学还原反应传质，大大减少了气泡对电极表面的影响，降低反应槽压，提高反应的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种电化学还原二氧化硫制备硫化氢的方法，特别涉及一种基于双电极流动电解池电化学还原二氧化硫制备硫化氢的方法，属于工业二氧化硫烟气资源化利用技术领域。

背景技术

中国专利CN113122864A公开了一种二氧化硫电化学还原制备硫化氢的方法，该方法利用膜电极催化二氧化硫电化学还原生成硫化氢气体，能够将二氧化硫还原成硫化氢，但其存在的缺陷是在于电流密度低，从而限制了SO₂电催化还原的更大规模的应用。

采用流动电解池来实现膜电极催化二氧化硫电化学还原生成硫化氢气体过程中，基于其电催化剂表面上有更高的反应物浓度、更短的传输路径和合适的气体扩散层基底，理论上更适合作为大规模应用的反应器。但是在实际使用过程中，当电流密度提高时，SO₂电催化还原为H₂S反应受气泡影响大，槽压不稳定，且偏大，因此，在提高电流密度的同时，降低槽压是SO₂电催化还原走向工业化所必须解决的问题。

发明内容

针对现有技术中采用双电极流动电解池实现二氧化硫电化学还原制备硫化氢过程中，存在槽压不稳定、偏高等技术问题，本发明的目的是在于提供一种基于双电极流动电解池电化学还原二氧化硫制备硫化氢的方法，该方法通过在双电极流动电解池的阴极室中填充阳离子交换树脂，利用阳离子交换树脂交换质子的特性缓解电极表面局部pH升高的问题，提高SO₂电化学还原反应传质，大大减少了气泡对电极表面的影响，降低反应槽压，提高反应稳定性。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基于双电极流动电解池电化学还原二氧化硫制备硫化氢的方法，该方法是利用双电极流动电解池进行二氧化硫电化学还原制备硫化氢过程中，在双电极流动电解池的阴极室中填充阳离子交换树脂。

本发明技术方案的关键是在于利用阳离子交换树脂离子质子交换特性，与溶液中H⁺进行离子交换和向电极表面传递质子，缓解大电流密度下电极表面pH急剧升高对SO₂还原的不利因素，促进电极反应进行，同时阳离子交换树脂填充在阴极室的电解液通道中，会导致电解液流动通道变窄，根据伯努利方程可知，当液体从流通通道变窄时，流速会增大，因此填充树脂会提升微通道内电解液流动状态，会使得电解液的流速大大提高，减少气泡在电极表面的黏附，促进SO₂电化学还原反应传质，从而加快电极表面电解液的刷新速率以及提高氢气副产物的排出效率，减少气泡在电极表面的停留时间，降低反应器电阻，降低反应槽压，提高反应稳定性。

作为一个优选的方案，所述阳离子交换树脂为具备一定质子交换和传递能力的强酸性732氢型阳离子交换树脂、强酸性732钠型离子交换树脂、弱酸性丙烯酸型阳离子交换树脂中至少一种。最优选为强酸性732氢型阳离子交换树脂和/或强酸性732钠型离子交换树脂。

作为一个优选的方案，所述阳离子交换树脂通过以下方法进行预处理：采用质量百分比浓度为2％～5％的稀盐酸进行浸泡18～30h。通过稀盐酸的浸泡处理可以使得树脂溶胀，同时清除树脂孔道中的杂质，改善其质子交换能力，有利于电解液通过。

作为一个优选的方案，所述阳离子交换树脂的填充量为0.5～1.25g/cm³。如果填充量为高于1.25g/cm³时，阴极室的电解液通道被阳离子交换树脂紧密填充，树脂对气体扩散电极的压力过大，容易造成气体扩散电极的破裂；如果填充量低于0.5g/cm³时，阳离子交换树脂在通道内流动，并不能很好地接触电极表面(如图2中所示)。