【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种二氧化硫电解还原制备硫化氢的方法，特别涉及一种利用二氧化硫气体作为直接反应物，通过提高传质效率和降低电解池电压实现二氧化硫高效转化成硫化氢的方法，属于工业二氧化硫烟气资源化利用。
技术介绍
1、二氧化硫（so2）是常见的大气污染物，其排放不仅威胁人类健康，还对环境造成重大危害。通过电催化技术将so2转化为高附加值化工产品硫化氢（h2s），可以有效减少so2排放，实现其资源化利用。
2、h2s作为重要的化工原料，广泛应用于有机和无机硫化物的生产，同时在废水净化、污泥处理及金属离子去除等环境保护领域具有重要作用。此外，h2s还可用于燃料电池及硫磺制备，体现其在能源领域的潜在价值。因此，研发一种高效、稳定且经济的so2转化h2s方法具有重要意义。
3、现有技术中，液相电解法受到so2溶解度低及电解池电压高的限制，导致工业应用受阻。例如，中国专利（公开号：cn115354353a）公开了一种基于双电极流动电解池还原so2制备h2s的方法，虽提升了电流密度和通量，但仍面临传质效率低及电极易水淹的问题。
4、此外，中国专利（公开号cn112725816a）公开了一种二氧化硫电催化还原协同膜分离制备硫化氢的方法，该法添加了h2s的酸化分离室，可实现h2s的分离。但该法仍然面临着以下问题：1. 该法所述的三个极室都需添加稀硫酸，面临废酸泄露的风险；2. 在阴极室中so2溶于阴极液产生so32-，可能会在电场作用下透过阴离子交换膜进入酸化室；3. 该法所述的电解池为三室结构，并分别采用阴离子交
技术实现思路
1、针对现有技术中液相流动电解池电催化so2还原制备h2s过程中，存在的电解池槽压高，反应物受限以及气体扩散电极易水淹等问题，本专利技术的目的是在于提供一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，该方法通过使用两室流动电解池作为电解体系以及采用脉冲电流或脉冲电位，可以直接利用气相so2作为反应物高效催化还原转化成硫化氢气体，且利用脉冲电流或电位的周期性实现二氧化硫的吸附和还原过程，提高了so2向h2s的转化效率，降低了能耗，同时突破了液相电解中传质受限的技术问题，且减少废盐废酸的产生，同时避免气体扩散电极水淹现象，提高反应稳定性，该方法操作简单简单，成本低，有利于大规模生产。
2、为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，采用两室流动电解池作为电解体系，所述两室流动电解池包括阳极室和阴极室，所述阳极室采用惰性阳极，所述阴极室采用负载有二氧化硫还原催化材料的阴极，所述阴极室和所述阳极室通过隔膜隔开，在阳极室通入电解液以及在阴极室通入二氧化硫气体，在阳极和阴极之间施加脉冲电流或脉冲电位进行电解，二氧化硫气体被催化还原转化成硫化氢。
3、如图1所示：在施加低电位或低电流时，so2与质子吸附在电极表面，并不发生还原反应，在施加高电位或高电流时，被电极吸附的so2与质子结合还原为h2s，通过周期性电场强度调节电极表面反应情况实现h2s的高效生成。如图2所示：根据不同so2浓度下电极的线性伏安曲线可知，不同so2浓度下so2还原的起始槽电位~1.5v，随着电位的持续增高，电极电流增加幅度变大，电极表面倾向于发生so2的还原反应；而在低电位或更低的电流情况下，电极表面主要吸附反应物。
4、本专利技术的技术方案直接利用so2气体作反应物，so2在气体中的扩散系数（11.5mm2/s）远远大于液相中的扩散系数（0.0015mm2/s），打破了反应物传质受限的问题。此外，由于电极与质子膜直接接触，电极表面的质子浓度较高，为so2的还原提供必要的富质子环境，以实现h2s的高效生成。
5、作为一个优选的方案，所述电解过程中，采用的脉冲电流的脉冲周期为5s~5 min，每个周期中高电流时间与低电流时间占比为5%~95%:95%~5%。作为一个较优选的方案，所述高电流为0.2~10 a，所述低电流为小于0.2a。
6、作为一个优选的方案，所述电解过程中，采用的脉冲电位的脉冲周期为5s~5 min，每个周期中高电位时间与低电位时间占比为5%~95%:95%~5%。作为一个较优选的方案，所述高电位为3~5v，所述低电位为小于3v。
7、本专利技术采用脉冲电流或电压电解气态so2，通过施加低电位（低电流）吸附so2，而通过施加高电位（高电流）催化还原so2，通过这种脉冲控制电位（电流）的方法实现h2s的高效生成，提高so2向h2s的转化效率，降低了能耗。
8、作为一个优选的方案，所述隔膜为质子膜或双极膜。所述隔膜均为常规的商业化产品。
9、作为一个优选的方案，所述阴极由负载二氧化硫还原催化材料的碳毡、碳纸、碳布、钛毡、质子膜或双极膜构成。
10、作为一个优选的方案，所述二氧化硫还原催化材料包括铜、铂或钯的金属单质，铜、铂或钯的金属硫化物，铜、铂或钯的金属硒化物中至少一种。优选的二氧化硫还原催化材料都是现有技术中公知的具有较高电催化还原二氧化硫的活性的催化材料。
11、作为一个优选的方案，所述惰性阳极为铂片、铂网、泡沫镍、铂碳纸、氧化铱碳纸、钛毡、钛片、钛网中一种。
12、作为一个优选的方案，所述二氧化硫气体中so2体积浓度为0.1%~100%，平衡气体为惰性气体。惰性气体例如氩气、氦气等。
13、本专利技术阳极室中的电解液可以是水，也可以是水溶液，水溶液中可以包含提高导电率的电解质。电解液主要是通过电解产生氢质子，以供阴极还原的硫负离子结合产生硫化氢气体。
14、相对现有技术，本专利技术的技术方案带来的有益技术效果：
15、1）本专利技术直接以气态so2作为原料电解还原转化成h2s，突破传统液相体系中so2传质受限的问题，解决因气体扩散电极水淹造成h2s难以分离的问题。
16、2）本专利技术通过脉冲供电方式实现so2向h2s的转化，显著降低电解池电压，提高h2s生成效率，降低能耗。
17、3）本专利技术通过脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法支持多种电解液及气体浓度条件，通过简化设备设计和操作工艺，降低生产成本，适合工业规模化应用。
18、4）本专利技术通过脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法具有较高的潜在应用价值，比如有色冶炼烟气中存在低浓度so2，若直接将烟气通入电解池，还原产生的h2s可直接用于捕获烟气中存在的重金属离子或净化废水中的重金属离子，具有极大的应用前景。
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1.一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，采用两室流动电解池作为电解体系，所述两室流动电解池包括阳极室和阴极室，所述阳极室采用惰性阳极，所述阴极室采用负载有二氧化硫还原催化材料的阴极，所述阴极室和所述阳极室通过隔膜隔开，其特征在于：在阳极室通入电解液以及在阴极室通入二氧化硫气体，在阳极和阴极之间施加脉冲电流或脉冲电位进行电解，二氧化硫气体被催化还原转化成硫化氢。
2. 根据权利要求1所述的一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，其特征在于：所述电解过程中，采用的脉冲电流的脉冲周期为5s~5 min，每个周期中高电流时间与低电流时间占比为5%~95%:95%~5%。
3. 根据权利要求2所述的一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，其特征在于：所述高电流为0.2~10 A，所述低电流为小于0.2A。
4. 根据权利要求1所述的一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，其特征在于：所述电解过程中，采用的脉冲电位的脉冲周期为5s~5 min，每个周期中高电位时间与低电位时间占比为5%~95%:95%~5%。
5.根据权利要求4所述
6.根据权利要求1~5任一项所述的一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，其特征在于：所述隔膜为质子膜或双极膜。
7.根据权利要求1~5任一项所述的一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，其特征在于：所述阴极由负载二氧化硫还原催化材料的碳毡、碳纸、碳布、钛毡、质子膜或双极膜构成。
8.根据权利要求7所述的一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，其特征在于：所述二氧化硫还原催化材料包括铜、铂或钯的金属单质，铜、铂或钯的金属硫化物，铜、铂或钯的金属硒化物中至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，其特征在于：所述惰性阳极为铂片、铂网、泡沫镍、铂碳纸、氧化铱碳纸、钛毡、钛片、钛网中一种。
10.根据权利要求1所述的一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，其特征在于：所述二氧化硫气体中SO2体积浓度为0.1%~100%，平衡气体为惰性气体。
...【技术特征摘要】
1.一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，采用两室流动电解池作为电解体系，所述两室流动电解池包括阳极室和阴极室，所述阳极室采用惰性阳极，所述阴极室采用负载有二氧化硫还原催化材料的阴极，所述阴极室和所述阳极室通过隔膜隔开，其特征在于：在阳极室通入电解液以及在阴极室通入二氧化硫气体，在阳极和阴极之间施加脉冲电流或脉冲电位进行电解，二氧化硫气体被催化还原转化成硫化氢。
2. 根据权利要求1所述的一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，其特征在于：所述电解过程中，采用的脉冲电流的脉冲周期为5s~5 min，每个周期中高电流时间与低电流时间占比为5%~95%:95%~5%。
3. 根据权利要求2所述的一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，其特征在于：所述高电流为0.2~10 a，所述低电流为小于0.2a。
4. 根据权利要求1所述的一种脉冲电解气相二氧化硫产生硫化氢的方法，其特征在于：所述电解过程中，采用的脉冲电位的脉冲周期为5s~5 min，每个周期中高电位时间与低电位时间占比为5%~95%:95%~5%。
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【专利技术属性】
技术研发人员：向开松，刘恢，王珠江，沈锋华，陈昊，李洁玉，付迎雪，伍琳，龙嘉琦，袁婧，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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