提高氢气产率的间接硫化氢电解方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种提高氢气产率的间接硫化氢电解方法和装置。在间接硫化氢电解工艺中，以铁离子氧化还原电对为媒介，可实现常温常压下硫化氢电解同时制取氢气和硫磺的过程。但是该过程中铁离子可穿透电化学反应装置的隔膜，严重影响阴极的氢气产生过程，进而降低整个系统的性能。本发明专利技术通过将可与铁离子配位的螯合剂加入到电催化反应系统的阴极室，螯合剂可与穿透电解池隔膜到达阴极的铁离子形成稳定的螯合物，抑制铁离子在阴极的电化学还原过程，从而提高间接硫化氢电解氢气析出产率。

【技术实现步骤摘要】
提高氢气产率的间接硫化氢电解方法和装置
本专利技术涉及利用间接电解法处理硫化氢的技术，特别地，本专利技术涉及一种提高氢气产率的间接硫化氢电解方法和装置。
技术介绍
硫化氢是一种有毒有害气体，它主要来源于石油和天然气开采加工，煤化工等行业。传统的硫化氢处理工艺主要有克劳斯法和湿式吸收法，上述两类方法可以有效地净化含硫化氢的气体，并且脱硫的过程中同时回收硫磺。但最大的缺点是硫化氢中的氢元素被氧化为水而不能有效利用。为了实现资源的综合利用，近年来，利用间接电解法处理硫化氢的新技术逐渐受到人们的重视。中国专利申请CN105018958A提供一种光、电催化-化学环反应耦合分解硫化氢的方法，该方法通过分两步进行硫化氢的转化，最终将硫化氢分解为元素硫和氢气。该方法中，第一步由光电催化或电催化还原氢离子产生氢气，同时在阳极上得到氧化还原电对的氧化态；第二步由氧化还原电对的氧化态与硫化氢反应得到元素硫和氢离子，并且氢离子经过隔膜从电化学反应池阳极传到阴极参与第一步的过程；第二步得到的元素硫可分离回收。间接电解硫化氢原理如下：电化学反应：阴极：2H++2e-→H2(1)阳极：A--2e-→A+(2)化学反应：A++H2S→A-+S+2H+(3)总反应：H2S→S+H2(4)A-/A+为媒介体：Fe3+/Fe2+。在上述间接硫化氢电解工艺中，以铁离子氧化还原电对为媒介，可实现常温常压下硫化氢电解，同时制取氢气和分离出硫磺的过程。但是，业已发现，在该反应运行过程中，阳极室氧化生成的Fe3+逐渐渗透电解池隔膜到达阴极，而Fe3+的还原电位比H+更正，故更容易被阴极还原，因此，渗透的Fe3+严重影响到阴极的氢气产生过程，进而降低整个系统的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高氢气产率的间接硫化氢电解方法，其借助螯合剂能够有效缓解铁离子穿透电解池隔膜，从而基本上克服现有技术中存在的析氢性能下降的问题。本专利技术的另一目的在于提供一种用于间接硫化氢电解的装置，其通过在阴极室包括螯合剂，能够有效缓解现有技术因铁离子穿透电解池隔膜导致的析氢性能下降的问题。为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供一种提高氢气产率的间接硫化氢电解方法，其中，在间接硫化氢电解的过程中，在阴极室加入螯合剂，所述螯合剂与从阳极室的电解液中穿透隔膜至所述阴极室的铁离子形成螯合物，降低氢气析出的干扰。本专利技术还提供一种用于间接硫化氢电解的装置，包括：电解池，包括阴极室和阳极室，所述阴极室和所述阳极室之间以隔膜分隔开；所述阴极室包括含有螯合剂的电解液，所述阳极室包括含有铁离子的电解液；阴极，置于所述阴极室的所述含有螯合剂的电解液中；阳极，置于所述阳极室的所述含有铁离子的电解液中；所述阴极和所述阳极通过导线和电源连接。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术通过将可与铁离子配位的螯合剂加入到电催化反应系统的阴极室，螯合剂可与穿透电解池隔膜到达阴极的铁离子形成稳定的螯合物，抑制铁离子在阴极的电化学还原过程，从而缓解由于铁离子穿透造成的阴极析氢性能下降的问题。附图说明图1是本专利技术的间接硫化氢电解的装置的示意图；其中：100-阴极室200-阳极室300-隔膜400-电源500-阴极室中含有螯合剂的电解液；600-阳极室中含有铁离子的电解液。具体实施方式本专利技术人发现，在现有技术的间接硫化氢电解工艺中，以铁离子氧化还原电对为媒介，可实现常温常压下硫化氢电解，同时制取氢气和硫磺的过程。但是，该过程中铁离子可穿透电化学反应装置的隔膜，严重影响阴极的氢气产生过程，进而降低整个系统的性能。本专利技术对此进行改进，提出一种简单而新颖的方法。通过将可与铁离子配位的螯合剂加入到电催化反应系统的阴极室，螯合剂可与穿透电解池隔膜到达阴极的铁离子形成稳定的螯合物，抑制铁离子在阴极的电化学还原过程，从而提高间接硫化氢电解氢气析出产率。本专利技术同时还提出了应用该方法的新型电解装置。在本专利技术的一实施方式中，提供一种提高氢气产率的间接硫化氢电解方法，其中，在间接硫化氢电解的过程中，在阴极室加入螯合剂，所述螯合剂与从阳极室的电解液中穿透隔膜至所述阴极室的铁离子形成螯合物，降低氢气析出的干扰。本专利技术使用的螯合剂没有特别限制，只要其能与穿透隔膜的铁离子形成螯合物使其电化学动力学变慢，进而降低穿透的媒介体(例如铁离子)对阴极析氢性能的影响即可。螯合剂的具体实例可以为柠檬酸、葡萄糖酸、羟基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸钠、乙二胺邻二羟基乙酸铁、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。螯合剂的浓度可以为0.01-5mol/L。本专利技术中的电解液包括电解质且没有特别限制。电解质的具体实例可以为HNO3、H2SO4、HCl、HClO4中的一种或两种以上。电解质的浓度可以为0.01-8mol/L。在本专利技术的一实施方式中，阳极室的电解液包括铁离子。优选的是，铁离子中Fe2+和Fe3+的浓度为分别为0.01～2mol/L和0.01～2.5mol/L。在本专利技术的一实施方式中，开通电源时，通过的电流密度为0.01～10A/cm2。在本专利技术的另一实施方式中，提供一种用于间接硫化氢电解的装置，包括：电解池，包括阴极室和阳极室，所述阴极室和所述阳极室之间以隔膜分隔开；所述阴极室包括含有螯合剂的电解液，所述阳极室包括含有铁离子的电解液；阴极，置于所述阴极室的所述含有螯合剂的电解液中；阳极，置于所述阳极室的所述含有铁离子的电解液中；所述阴极和所述阳极通过导线和电源连接。本专利技术对隔膜没有特别限制。隔膜的具体实例可以为陶瓷隔膜、Nafion膜、石英砂筛板。本专利技术对阴极和阳极没有特别限制，本领域中通常使用的阴极和阳极均可用于本专利技术。阴极的具体实例可以为贵金属析氢催化剂，诸如Pt或Pt/C；或非贵金属析氢催化剂，诸如CoP、Ni2P、FeP、MoP、MoS2、WS2、FeS2、NiS2，CoS2、FeSe2、CoSe2、NiSe2、MoSe2或WSe2。阳极的具体实例可以为非贵金属，诸如Ti、Cu或Fe；或碳电极，诸如碳纸或石墨。在本专利技术的间接硫化氢电解的方法中，电解池分为阴极室和阳极室两部分，中间被隔膜隔开，两室分别加入电解液，阳极和阴极置于电解液中，通过导线和电源连接；阳极室电解液中含有铁离子，在阳极室将硫化氢气体通入电解液中；在阴极室电解液中加入螯合剂，使穿透隔膜进入的铁离子与螯合剂形成螯合物，降低间接硫化氢电解氢气析出的干扰，提高氢气的产率。更具体的，在本专利技术的间接硫化氢电解的方法中，电解池分为阴极室和阳极室两部分，中间被隔膜隔开，修饰催化剂的碳片和空白碳片分别作为电解池的阴极电极和阳极电极被放置在电解池的阴极室和阳极室中，并通过导线与电源连接；在阳极室加入含有Fe2+/Fe3+的酸液作为阳极电解液，阴极室加入含有螯合剂的酸液作为阴极电解液，该螯合剂能与穿透隔膜进入的铁离子形成螯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高氢气产率的间接硫化氢电解方法，其特征在于：在间接硫化氢电解的过程中，在阴极室加入螯合剂，所述螯合剂与从阳极室的电解液中穿透隔膜至所述阴极室的铁离子形成螯合物，降低氢气析出的干扰。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高氢气产率的间接硫化氢电解方法，其特征在于：在间接硫化氢电解的过程中，在阴极室加入螯合剂，所述螯合剂与从阳极室的电解液中穿透隔膜至所述阴极室的铁离子形成螯合物，降低氢气析出的干扰。


2.根据权利要求1所述的间接硫化氢电解方法，其特征在于：
所述螯合剂为柠檬酸、葡萄糖酸、羟基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸钠、乙二胺邻二羟基乙酸铁、聚乙二醇、或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述的间接硫化氢电解方法，其特征在于：
所述螯合剂的浓度为0.01-5mol/L。


4.根据权利要求1所述的间接硫化氢电解方法，其特征在于：
所述电解液包括电解质，所述电解质为HNO3、H2SO4、HCl、或HClO4中的一种或两种以上，所述电解质的浓度为0.01-8mol/L。


5.根据权利要求1所述的间接硫化氢电解方法，其特征在于：
所述阳极室的电解液包括铁离子，所述铁离子中Fe2+和Fe3+的浓度为分别为0.01～2mol/L和0.01～2.5mol/L。


6.根据权利要求1所述的间接硫化氢电解方法，其特征在于：
开通电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：李灿，高飞，宗旭，马伟光，李应文，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11