电化学处理大气污染物的现状与展望

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1、电化学处理大气污染物的现状与展望摘要：对电化学技术在处理大气污染物治理中的应用现状与展望进行了综述，主要从电化学烟气脱硫技术、电化学反应器去除氮氧化物废气、电化学法处理挥发性有机废气（VOCs）、电催化氧化降解大气中甲醛四个方而进行了论述，同时总结Y电化学处理大气污染物过程屮的问题及展望。关键i司：电化学、二氧化硫、硫化氢、甲醛、氮氧化物前言：由于目前对工业屮排放的有毒废气的控制指标越来越严格，寻找新的、更有效的除去废气的技术己FI益受到重视。大型火力发电厂普遍使用常规的湿法和干法来除去SO2和NOx,

2、但对那些不是连续操作的小型加热燃烧器，化工厂或含尘量非常高的废气来说，这两种常规方法并不是很适用。例如玻璃厂、水泥厂、金属热处理与表面加工过程，硝酸的生产或矿物油的精炼等过程排放的废气的处理。这种状况促使人们从电化学的角度研宂气体纯化的新技术，以替代通常的化学法［1］。电化学技术利用外加电场的作用，在特定的电化学反应器内，通过一系列设计的化学反应、电化学过程或物理过程，达到预期设计的目的和效果。它使用电子这一无毒、无害i价格低廉的强氧化还原剂，可以很方便地通过控制电极电势,实现物质的氧化或还原。一方面，

3、电化学技术可用于工业产品的生产，是一种基本上对环境无污染的“环境友好”技术；历一方而，应用电化学技术治理环境污染，通过氧化还原反应去除环境污染物，对环境起间接保护作用，在国内外都受到广泛重视［2-4］。气态污染物的电化学浄化电化学方法去除气态污染物含两个步骤：首先通过吸附或吸收过程将气态污染物转移到液相（多为水溶液），然后用电化学还原或氧化将其转化为无害物质［5］。1电化学脱硫技术1.1碱液吸收法碱液吸收法是先通过碱性吸收液吸收酸性的S02,再用电解池将亚硫酸根离子还原转化为连二硫酸根，一般所用的碱液是

4、NaOH。吸收SO2形成NaHSO3和Na2SO3,其反应如下：SO2(g)+NaOH->NaHSO3SO2(g)+2NaOH^Na2SO3+2H2O保持S02气体连续不断地通入溶液能使形成的产物以NaHS03为主。在溶液pH值为4〜7之间时HS0-3在铅阴极上被电解还原为S2O42-：2HSO-3+2H++2e^S2O42-+2H2从资源优势上说将NaHSO3转化为Na2S2O4在经济上是可行的，后者俗称保险粉，广泛应用于染料、印染、造纸、食品工业以及医学上。这正是该法的优点之一。此外，该法所需的反应

5、器结构简单，初期的资金投资小。但是这种方法存在反应不够稳定的缺点。反应需要消耗大量的NaOH溶液，这在工业过程屮会增加成木。这种技术是最初的电化学脱硫技术之一，现在在实际中己经很少应用。后人在这一方法的基础上已经开发出了一些新的更加有效的方法。1.2Cu/Cu2O/Cu2+催化电化学脱硫由于S02能在有水和铜存在的条件下和02发生氧化反应而产生铜腐蚀和生产硫酸。于是GKreysa等人［6］利用这一原理设计了一种新的电化学-催化过程。在这一过程中，一部分S02在催化过程中被消耗同时铜腐蚀产生硫酸铜，还有一

6、部分在电极过程被氧化，同时电解质溶液中的铜在阴极反应区沉积下来。这样催化过程中消耗的铜在阴极反应中得到再生。这种方法对比采用阴极产生氢气的电化学方法要节省电解池的能耗。这种方法采用的是一个三室反应器)，中间室作为一个电化学吸收柱，里面充满了石墨分子，阳极电解液和含二氧化硫烟气同向流入中间室，在这里，自始至终S02的氧化反应都在发生。中心室的两旁是偏室，它们和中间室之间用隔膜或离子交换膜分隔开来，里面充满了铜分子。这些铜是用来作为电子的提供者。其中一个偏室用作阴极，铜离子从含硫酸铜的电解质溶液中析出；另一

7、个用做催化氧化的吸收柱，这里分子铜在催化氧化时被消耗。这意味着金属铜从催化氧化吸收室中转移到了阴极室中，在操作一段时间后，两个偏室的作用交换。其中的反应如下。总的电化学反应：CuSO4+SO2+2H2O—Cu+2H2SO4

8、汩极：SO2+2H2O^H2SO4+2H++2e阴极：CuSO4+2e->Cu+SO42-对于催化氧化，热力学理论认为铜分子首先被氧化为氧化亚铜：4Cu+O2->2Cu2O下一步的反应有两种可能：其一为：Cu2O+2SO2+H2O->2Cu+H2SO4其二为：Cu2O+H2SO4->

9、Cu+CuSO4+H2O假设所有的氧化亚铜被以上两个反应同时消耗，合起来的反应为：2SO2+(n+l)O2+2nCu->2nCuSO4+(1-n)H2SO4+(n-l)H20这种方法的特别之处在于它由一个电化学二氧化硫氧化和一个催化氧化二氧化硫的反应平行组成，较之其他的方法，这种方法用一个铜的沉积作阴极反应,因而能导致电解池工作电压下降，且仅一部分二氧化硫必须电化学氧化。试验还表明，在石墨电极中，在低浓度水平下，S02的电化学氧化有较高的电