【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及硫化氢吸收、转化，尤其涉及一种离子液体阳极电解液强化硫化氢吸收-电解耦合技术，具体为一种离子液体阳极电解液及其强化析硫的方法。
技术介绍
1、硫化氢（h2s）主要来自炼油厂的工业生产、天然气和沼气。它是一种有毒有害气体，需要从环境处理或生产过程中去除。然而，h2s 的浓度通常大于几千毫克/立方米。此外，由于重油炼制量的增加，预计未来 h2s 的产量还会增加，因此有必要从工业生产或环境中去除有毒气体 h2s。在工业中，大部分 h2s 都是通过克劳斯工艺处理的，在该工艺中，h2s 被部分氧化为s和h2o。克劳斯工艺只会导致元素硫（s）的再循环，而元素氢（h）则会形成水，无法有效利用，因此，高效去除和利用工业中的h2s仍然是一项巨大挑战。在此大背景下，可再生能源电解制氢作为新兴产业技术，并且占比逐年增加，具有较好的发展前景，预计在2050年占比将超过70%，其中，电解水技术发展比较成熟，但是从成本方面考虑，电解水的能源消耗相比于传统工艺并没有体现出其明显优势，而且目前的贵金属催化剂存在代价高、消耗电能过高等缺点，这些不利因素阻碍了电解水制氢工艺的发展。电解h2s制氢技术所需要的电压远小于电解水，不仅能够消除污染，还能产生附加产品硫磺，能够与可再生能源耦合，具有环境治理、双碳减排、资源高效利用三方面的优势。
2、传统的电化学分解h2s的方法是在电化学反应器中电解h2s或h2s碱性吸收液，硫磺在阳极生成，氢气在阴极生成，采用的碱性吸收液有naoh溶液、nahco3溶液、na2co3溶液等。然而，阳极上由于硫磺的沉
3、此外，电化学方法分解h2s的另一个限制因素是氢气产率低，为此，许多专家和学者开发了一系列电催化剂以提高反应速率，如ws2纳米片催化剂和n掺杂石墨烯包裹钴镍合金催化剂。然而，电催化反应速率不仅由催化剂的活性决定，还与电场和电解质的本身性质有关，同时，针对h2s吸收与电解耦合的反应过程，一方面需要提高反应速率，一方面需要强化硫化氢的吸收。
4、离子液体，是一种低温熔融盐，由阴阳离子组成，其独特的物理化学性能，如高离子电导率、高电化学稳定性和较宽的电化学窗口，在气体的的电化学转化方面离子液体作为电解液被设计和开发。例如，离子液体可以与co2或反应中间体接触降低过电势以增强产物的选择性，有效推动电催化反应。近年来，离子液体，特别是功能化离子液体，针对低浓度（低分压）h2s气体表现出优异的吸收性能。离子液体的功能化设计的一般做法是在阴离子或阳离子上嫁接亲h2s的功能基团来提高吸收容量，如羧酸盐型离子液体、叔胺和羟基双路易斯碱性离子液体、有机胺/有机酸盐质子型离子液体、叔胺基离子液体、苯甲酸类离子液体、季铵盐离子液体、铁基离子液体等。中国专利（cn103159632b、cn113817368a）报道了一类阴离子含双lewis碱官能团的离子液体、吗啉类碱性离子液体用于脱除h2s。
5、中国专利cn111501056a报道了低温电解硫化氢制氢的有机电解液及循环反应装置和工艺，有机电解液包括离子液体、醇胺和有机溶剂，其中离子液体作为支撑电解质，提高有机电解液的离子电导率，而醇胺起到吸收h2s的作用，该电解液中硫磺溶解度与温度成正相关，通过温度变化可以实现硫磺的溶解和析出，避免电极钝化，但是该电解体系的氢气产率仍然较低（小于45 μmol/h）；此外，通过调节ph值至酸性，使硫磺析出也可以实现阳极碱性电解液中硫磺的分离；余江等（environ. sci. technol. 2015, 49, 5697）将铁基离子液体与dmf组成无水吸收液，用于吸收h2s并将其氧化成硫磺，分离硫磺后，对此吸收液进行电解，铁基离子液体得到再生，同时阴极析出氢气，构成间接h2s电解转化，然而，上面提到了间接电解法虽然能够避免硫磺沉积，但是也存在不容忽视的缺点，如设备的腐蚀严重，能耗高，硫磺不易分离等。
6、中国专利cn202210671327.6报道了一种离子液体阳极电解液强化硫化氢吸收-电解耦合技术及其再生方法，主要涉及硫化氢的吸收、转化
该专利技术采用功能化离子液体同时作为吸收液和电解质，采用电化学方法将h2s分解为氢气和硫磺，通过可再生能源（如太阳能、风能）的电力，使污染气体h2s变废为宝。将h2s高效吸收与电解过程进行耦合，采用功能化离子液体作为电解质和吸收剂，一方面避免硫磺沉积，提高硫磺收率，另一方面提高氢气产率，实现h2s吸收与电解的工艺高效耦合。同时硫磺的分离和离子液体电解液的再生可以通过co2气体的吸收和解吸而实现，通过向溶解有多硫化物的阳极电解液中通入高纯co2气体，使硫磺析出，经过冲洗、过滤、干燥获得纯净硫磺固体。进一步，在温度为40-70℃下，向过滤出硫磺的阳极电解液通入氮气，气体流速为300 ml/min，通气时间为3 h，将co2解吸出来，实现阳极电解液的再生。虽然该方法解决了硫磺不易分离的问题，但该专利技术的再生方式效率很低，通常需要很长的时间才能完成电解液的再生并且操作也过去复杂。
7、对于h2s直接电解法，鲜见离子液体作为传统电解液的调控剂同时作为电解液和吸收剂用于h2s转化及资源回收且通过自沉淀的方式分离硫磺的研究。
8、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、针对上述电化学方法直接分解h2s技术的硫磺沉积和氢气产率低的负面问题，本专利技术提供一种用于硫化氢高效转化的阳极电解液及其电解再生及其强化析硫方法，采用电化学方法将h2s分解为氢气和硫磺，通过可再生能源（如太阳能、风能）的电力，使污染气体h2s变废为宝。将h2s高效吸收与电解过程进行耦合，采用功能化离子液体+碱性无机溶剂体系作为电解液和吸收剂，一方面避免硫磺不易分离的问题，提高硫磺收率，另一方面提高氢气产率，实现h2s吸收与电解的工艺高效耦合。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种离子液体阳极电解液，所述阳极电解液由离子液体和基础溶剂组成，所述阳极电解液ph值为12.50-12.8；所述离子液体采用醋酸功能化离子液体。
4、进一步，所述基础溶剂采用浓度为0.5-2mol/l的naoh溶液，离子液体与naoh溶液的质量比为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种离子液体阳极电解液，其特征在于：所述阳极电解液由离子液体和基础溶剂组成，所述阳极电解液pH值为12.50-12.8；所述离子液体采用醋酸功能化离子液体。
2.根据权利要求1所述的离子液体阳极电解液，其特征在于：所述基础溶剂采用浓度为0.5-2mol/L的NaOH溶液，离子液体与NaOH溶液的质量比为1:19~1:1。
3.根据权利要求2所述的离子液体阳极电解液，其特征在于：所述醋酸功能化离子液体为咪唑基醋酸功能化离子液体，所述咪唑基醋酸功能化离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐[Emim]Ac，1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[Bmim]Ac或1-己基-3-甲基咪唑醋酸盐[Hmim]Ac。
4.利用权利要求1-3任一项所述的离子液体阳极电解液强化析硫的方法，其特征在于包括以下步骤：将H2S通入到阳极电解液中吸收至饱和，进行恒电位电解，可以在阳极得到硫磺，在阴极得到氢气，在不断电解的过程中硫磺会逐步沉淀在阳极电解液底部。
5.根据权利要求4所述的离子液体阳极电解液强化析硫的方法，其特征在于：阳极电解液在吸收硫化氢时，具体方法为：
6.根据权利要求4所述的离子液体阳极电解液强化析硫的方法，其特征在于：恒电位电解的工作电极为铂片电极夹固定的碳布，参比电极为Hg/HgO或Ag/AgCl，对电极为铂片或石墨，未添加合成催化剂，恒电位电解电压为1.2 V，恒电位电解时间为12 h。
7.根据权利要求4所述的离子液体阳极电解液强化析硫的方法，其特征在于：恒电位电解过程中两边同时施加缓慢的磁力搅拌，使阳极液组分更加均匀且使阴极氢气不会沾附在对电极表面导致反应速率下降，电解过程的反应温度为室温，压力为常压。
8.根据权利要求4所述的离子液体阳极电解液强化析硫的方法，其特征在于：恒电位电解采用的阴极电解液为0.5-1.0 mol/L H2SO4水溶液。
9.根据权利要求4所述的离子液体阳极电解液强化析硫的方法，其特征在于：电解反应结束后，将电解液静置1h，待硫磺沉淀完毕，通过过滤将硫磺与电解液分离，分离之后向其中添加NaOH，即可实现阳极电解液的再生。
10.根据权利要求9所述的离子液体阳极电解液强化析硫的方法，其特征在于：硫磺属自沉淀过程，故在提取时仅需一步过滤过程，无需其他操作，仅在固液分离后，向电解液中补充NaOH即可，通过上述步骤实现阳极电解液的再生。
...【技术特征摘要】
1.一种离子液体阳极电解液，其特征在于：所述阳极电解液由离子液体和基础溶剂组成，所述阳极电解液ph值为12.50-12.8；所述离子液体采用醋酸功能化离子液体。
2.根据权利要求1所述的离子液体阳极电解液，其特征在于：所述基础溶剂采用浓度为0.5-2mol/l的naoh溶液，离子液体与naoh溶液的质量比为1:19~1:1。
3.根据权利要求2所述的离子液体阳极电解液，其特征在于：所述醋酸功能化离子液体为咪唑基醋酸功能化离子液体，所述咪唑基醋酸功能化离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐[emim]ac，1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐[bmim]ac或1-己基-3-甲基咪唑醋酸盐[hmim]ac。
4.利用权利要求1-3任一项所述的离子液体阳极电解液强化析硫的方法，其特征在于包括以下步骤：将h2s通入到阳极电解液中吸收至饱和，进行恒电位电解，可以在阳极得到硫磺，在阴极得到氢气，在不断电解的过程中硫磺会逐步沉淀在阳极电解液底部。
5.根据权利要求4所述的离子液体阳极电解液强化析硫的方法，其特征在于：阳极电解液在吸收硫化氢时，具体方法为：将气体流量为50-300 ml/min，浓度为1000-200000 ppm的h2s气体通过曝气装置，通入阳极电解液中至吸收饱和；吸...
【专利技术属性】
技术研发人员：马云倩，孔维镇，彭倩倩，秦姝灿，刘艳荣，
申请(专利权)人：龙子湖新能源实验室，
类型：发明
国别省市：
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