【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及污染处理与资源化领域，尤其涉及一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置及其应用。
技术介绍
1、因硫污染防治的需要，特别是大气污染防治的要求，钢铁、石化、冶金等诸多行业会在烟气脱硫或原料预脱硫产生大量的亚硫酸盐废水。亚硫酸盐本身不稳定，易分解产生二氧化硫(so2)造成污染，通常需对亚硫酸盐进行进一步氧化为硫酸盐或直接分离资源化。众所周知的，烟气中的so2经湿法脱硫工艺(wfgd)吸收会产生大量的亚硫酸盐废水(液)，包括钙法、氨法、钠碱法及镁法等脱硫工艺。2020年，全国废气中so2排放量为318.2万吨，其中，工业源废气中so2排放量为253.2万吨。合理处置及资源化这部分硫资源不仅对大气污染防治至关重要，还对保障硫元素的大循环意义非凡。
2、对于亚硫酸盐浓度较高的工业废液，常采用预氧化再资源化的工艺。现有成熟的氧化工艺一般采用基于氧气的非催化和催化氧化法。非催化氧化法氧化速率慢、空气利用率较低，且系统常伴随结垢和堵塞现象，投资和运行费用相应提高。催化氧化法现阶段集中于钴、锰等催化剂的研究，催化剂氧化速度及效率有待进一步提高，且成本较高，还难以满足工业应用。为此，需要一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置及其应用。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置及其应用，实现了亚硫酸盐工业废水资源化处理。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：一方面，本专利技术提供了一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置，电化
3、本专利技术通过装置一侧的亚硫酸盐氧化反应生成硫酸盐和过硫酸盐等资源化产物以及氢气，氢气通过绝缘透气层进入装置的另一侧作为还原剂，使得另一侧的亚硫酸盐直接还原为硫酸，然后通过回收电解液得到硫酸盐和过硫酸盐等资源化产物和硫磺，实现了亚硫酸盐工业废水的资源化利用。
4、在以上技术方案的基础上，优选的，所述绝缘透气层、氢催化电极、质子交换膜和亚硫酸盐催化电极在120～200℃条件下热压结合为一体。
5、在以上技术方案的基础上，优选的，所述绝缘透气层的制备方法是在玻璃纤维滤膜两侧压合0.1～0.7mm厚的防水层。
6、在以上技术方案的基础上，优选的，所述防水层为碳粉和ptfe粘结剂按质量比1:0.5～0.7的比例混合并压合于玻璃纤维滤膜两侧。
7、在以上技术方案的基础上，优选的，所述氢催化电极和亚硫酸盐催化电极朝向质子交换膜的一侧均负载0.4～2.0mg/cm2催化剂。
8、在以上技术方案的基础上，优选的，催化剂负载方法为：将催化剂与ptfe粘结剂按照质量比4～6:1的比例混合并喷涂于电极的表面。
9、在以上技术方案的基础上，优选的，所述催化剂为钯系催化剂，铂系催化剂、金系催化剂、银系催化剂和金属硫化物催化剂中的一种，具体选自pd/c、pd-cu、pt/c、pt/ni、au/c、au/pd、ag/c、ag/pd、mos2和ws2中的一种。
10、另一方面，本专利技术还提供了一种电化学装置在制备硫酸盐和硫磺中的应用。
11、在以上技术方案的基础上，优选的，制备硫酸盐和硫磺的方法包括以下步骤：
12、s1，使用物理分离法去除亚硫酸盐工业废水中固体杂质，获得的亚硫酸盐电解液，然后将亚硫酸盐电解液循环通入电解液腔室内；
13、反应式为：
14、
15、s2，在绝缘透气层任意一侧的电极上施加电解电压，采用隔膜电解将亚硫酸盐直接电解生成氢气以及硫酸盐或过硫酸盐；另一侧电极直接利用电解产生的氢气直接放电将亚硫酸盐还原为硫磺；
16、反应式为：
17、
18、s3，运行结束后，将施加电压一侧的电解液排出并分离得到硫酸盐或过硫酸盐；将不施加电解电压一侧的电解液排出分离获取硫磺；
19、s4，上述操作往复进行。
20、在以上技术方案的基础上，优选的，所述装置采用间歇程序运行，在绝缘透气层两侧交替施加电解电压运行。
21、本专利技术的一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置及其应用相对于现有技术具有以下有益效果：
22、(1)本专利技术使用多功能电化学反应器即可氧化又可还原亚硫酸盐，在一套装置内可将亚硫酸工业废盐废水直接转化为硫酸盐、过硫酸盐、硫磺等多种硫元素资源化产物。
23、(2)本专利技术使用多层结构的膜电极集合将多个电化学反应集合到一个绝缘层两侧，极大地降低体系的电路电阻和传质阻力，实现了对氢气产物的高效利用，避免向外部释放转移易燃易爆气体，消除了全过程安全隐患。
24、(3)本专利技术利用氢气副产物驱动电化学反应器，无外部能量投入自发还原亚硫酸盐产硫磺，实现了亚硫酸盐污染物资源化一步法制备硫磺的技术效果。
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1.一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置，其特征在于：电化学装置包括反应器和位于反应器内的膜电极集合体，膜电极集合体将反应器分隔为两个区域；
2.如权利要求1所述的一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置，其特征在于：所述绝缘透气层、氢催化电极、质子交换膜和亚硫酸盐催化电极在120～200℃条件下热压结合为一体。
3.如权利要求1所述的一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置，其特征在于：所述绝缘透气层的制备方法是在玻璃纤维滤膜两侧压合0.1～0.7mm厚的防水层。
4.如权利要求3所述的一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置，其特征在于：所述防水层为碳粉和PTFE粘结剂按质量比1:0.5～0.7的比例混合并压合于玻璃纤维滤膜两侧。
5.如权利要求1所述的一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置，其特征在于：所述氢催化电极和亚硫酸盐催化电极朝向质子交换膜的一侧均负载0.4～2.0mg/cm2催化剂。
6.如权利要求5所述的一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置，其特征在于：催化剂负载方法为：将催化剂与PTFE粘结剂按照质量比
7.如权利要求5所述的一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置，其特征在于：所述催化剂为Pd/C、Pd-Cu、Pt/C、Pt/Ni、Au/C、Au/Pd、Ag/C、Ag/Pd、MoS2和WS2中的一种。
8.如权利要求1～7任一项所述的电化学装置在制备硫酸盐和硫磺中的应用。
9.如权利要求8所述的电化学装置在制备硫磺中的应用，其特征在于：制备硫磺的方法包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的电化学装置在制备硫磺中的应用，其特征在于：所述装置采用间歇程序运行，在绝缘透气层两侧交替施加电解电压运行。
...【技术特征摘要】
1.一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置，其特征在于：电化学装置包括反应器和位于反应器内的膜电极集合体，膜电极集合体将反应器分隔为两个区域；
2.如权利要求1所述的一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置，其特征在于：所述绝缘透气层、氢催化电极、质子交换膜和亚硫酸盐催化电极在120～200℃条件下热压结合为一体。
3.如权利要求1所述的一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置，其特征在于：所述绝缘透气层的制备方法是在玻璃纤维滤膜两侧压合0.1～0.7mm厚的防水层。
4.如权利要求3所述的一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置，其特征在于：所述防水层为碳粉和ptfe粘结剂按质量比1:0.5～0.7的比例混合并压合于玻璃纤维滤膜两侧。
5.如权利要求1所述的一种资源化亚硫酸盐工业废水的电化学装置，其特征在于：所述氢催化电极和亚硫酸盐催化电...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴旭，韦聚才，石霖，易娟，
申请(专利权)人：湖北华德莱节能减排科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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